Как молдавский физик попал в «Топ 2%» лучших ученых мира Стэнфордского университета? Интервью NM с Денисом Никой

В каком состоянии находится молдавская наука, почему мы слышим только о достижениях в точных дисциплинах, и как игровая индустрия связана с работой физиков-теоретиков? Об этом в интервью NM рассказал доктор хабилитат физических наук, руководитель исследовательской группы Молдавского государственного университета Денис Ника, который является одним из четырех молдавских ученых, включенных в список «Топ 2%» лучших ученых мира по версии Стэнфордского университета (США).

«Вся моя научная жизнь связана с Молдавским госуниверситетом»

Вы дважды — в 2010 и 2013 годах — признавались Академией наук Молдовы самым успешным молодым исследователем. Сколько вам лет, и сколько вы занимаетесь научной деятельностью?

Мне 43 года, а исследовательской деятельностью я занимаюсь с третьего курса университета. Я заканчивал факультет физики Молдавского государственного университета по специальности «Теоретическая физика». На третьем курсе, выбирая научного руководителя и направление исследований, я попал в группу к профессору, члену-корреспонденту Академии наук Молдовы Евгению Петровичу Покатилову — одному из тех молдавских физиков-теоретиков, которые широко известны за рубежом.

Под его руководством проходило мое становление как молодого ученого, под его руководством я защитил кандидатскую диссертацию. Именно у него я научился правильному отношению к научным исследованиям, научной принципиальности и приобрел необходимый исследовательский опыт. После его смерти я стал научным руководителем лаборатории физики и инженерии наноматериалов, которую он когда-то создал. Сейчас мы с коллегами продолжаем исследования именно в тех направлениях, которыми занимался Покатилов.

Вся моя научная карьера и научная жизнь связаны с Молдавским государственным университетом. У меня были многочисленные научные командировки за рубеж: каждый год на два или три месяца я ездил в различные страны и работал в различных исследовательских группах, оставаясь базовым сотрудником госуниверситета.

Вы преподаете в Молдавском государственном университете?

В начале 2012 года я стал в МолдГУ заведующим кафедры теоретической физики. Тогда же начал и преподавать. Но в прошлом году я принял решение уйти с поста завкафедрой, потому что очень сложно совмещать административную деятельность с научными исследованиями. Сейчас я занимаюсь научной работой в лаборатории физики и инженерии наноматериалов имени Евгения Покатилова и немного преподаю.

«Наибольшая научная результативность у физиков наступает в 30-35 лет»

Сколько статей в год вы публикуете в международных журналах?

Нет определенного фиксированного числа. Это зависит от многих факторов. По моему ощущению, в условиях Молдовы, для небольшой группы теоретиков из двух или трех человек две-три серьезные статьи — хороший результат. Если говорить о группе, где работает до восьми человек, то это около пяти-шести статей в год. Бывало, когда в год публиковали и больше  — до десяти статей в рецензируемой международной прессе, но это происходило в том случае, когда какие-то результаты не публиковали сразу же после их получения.

Каков средний возраст ученых в вашей исследовательской группе?

Средний возраст в нашей исследовательской группе — около 50 лет. В академических группах ситуация хуже, поскольку там средний возраст превышает 60 лет. Хотя и у нас есть проблемы, поскольку последнему молодому сотруднику, который пришел в группу, уже 35 лет. Он еще считается молодым ученым, но, к сожалению, после него притока кадров больше не было.

Влияет ли возраст ученого на продуктивность?

Согласно мировой статистике, наибольшая научная результативность у физиков наступает в 30-35 лет. Но тут имеется в виду не публикация статей, а получение новых прорывных результатов. Число публикуемых статей у научной группы обычно постепенно растет, поскольку приобретается необходимый опыт, и группа становится известна в научных кругах.

«Плоды создания больших научных школ мы пожинаем по сей день»

Все четыре молдавских исследователя, которые попали в «Топ 2%», связаны с физикой и математикой. Почему именно эти направления в Молдове настолько успешны?

Еще во времена СССР в Молдове создали достаточно мощные школы по химии, математике и физике. Направление по прикладной физике и по исследованию материалов было очень многочисленным, было много научных школ с выдающимися учеными, которые были лидерами не только на региональном уровне, но и были широко известны за рубежом. Это были ученые-физики, проводящие экспериментальные и теоретические исследования в области физики твердого тела и микроэлектроники. Плоды создания этих больших научных школ, к нашему счастью, мы пожинаем по сей день.

После того как Молдова обрела независимость, в фундаментальной науке начались проблемы. Фундаментальные исследования не направлены на быстрое привлечение финансов и сами по себе требуют существенных финансовых вложений. Если для теоретических исследований достаточно современных мощных компьютеров, ручки и листа бумаги, что как-то можно организовать и в наших условиях, то для экспериментальных исследований необходимо дорогостоящее оборудование и соответствующая инфраструктура.

Глобальное развитие фундаментальной науки могут позволить себе только развитые и богатые страны, в которых есть производство и есть задачи, для решения которых требуются научные исследования. В Молдове, к сожалению, возможности экспериментальных исследований сильно ограничены. Поэтому сложилась ситуация, когда научные группы продолжают исследования в тех направлениях, которые были заложены ранее, и адаптируют их к реалиям современности. За последние 20 лет было установлено много научных связей с исследовательскими группами из других стран. Если изначально были исторические связи со странами СНГ, то за последние 15 лет налажены связи и с группами из стран Европейского союза и США.

Есть хороший задел, который остался от прошлых вложений, есть связи, которые позволяют экспериментаторам ездить и работать на современном оборудовании за рубежом. Сочетание этих факторов позволяет нашим научным группам проводить исследования.

«Внедрение графена требует больших финансовых вложений, и, конечно, происходит не в Молдове»

Расскажите, какими исследованиями вы занимаетесь?

Моя группа в Молдавском государственном университете по большей части  состоит из физиков-теоретиков. Мы занимаемся моделированием теплопроводящих и электропроводящих свойств различных наноразмерных структур. Включая такие популярные наноструктуры, как графен (моноатомный слой атомов углерода — NM).

Если подойти к ответу более широко, то мы занимаемся исследованиями теплопроводности (того, насколько хорошо материал проводит тепло). Ему уделяется большое внимание и в мире, поскольку у этого направления есть несколько больших классов возможного применения.

Что можно делать с таким наноматериалом?

Если вы каким-то образом понижаете способность материала проводить тепло и при этом не меняете другие его характеристики — чаще всего речь идет об электропроводности, то вы получаете отличный термоэлектрический материал (способный преобразовать тепло в электричество — NM). В таком материале при прикладывании к нему градиента температур (более горячего вещества или предмета — NM), будет генерироваться электрический ток. И наоборот, если вы пропускаете по нему ток, то появляется градиент температуры между концами термоэлектрика (ток понижает температуру — NM), и такой материал можно использовать для охлаждения горячих точек современных микроэлектронных чипов.

Вторым возможным применением материалов с ультранизкой теплопроводностью является простая теплоизоляция. Если каким-то образом сделать наноструктурированный материал или материал, содержащий наночастицы, который будет относительно дешевым и будет иметь очень низкую теплопроводность, то его можно будет в будущем применять для улучшения теплоизоляции зданий, окон, труб и так далее.

Третья большая область возможного применения связана с поиском материалов, у которых была бы высокая теплопроводность. Такие наноматериалы нужны для того, чтобы отводить тепло от горячих точек современных микрочипов и микропроцессоров. Классическая схема охлаждения работает следующим образом: тепло от нагретого микроэлектронного элемента отводится при помощи водяного или воздушного охлаждений; в этом случае вы отводите тепло от всего элемента. Но архитектура современных электронных чипов стала настолько сложной, что они нагреваются очень неравномерно. Часто возникает ситуация, когда какие-то точки внутри чипа, размер которых составляет несколько микрон, оказываются более горячими, чем остальные. Как оттуда отводить тепло? Классические методы не подходят, поскольку вы не можете их использовать внутри чипа. Для этого была предложена другая технология, когда прямо на этапе производства чипа закладываются каналы отвода тепла прямо от этих горячих точек; и в качестве материала для таких каналов необходимы наноматериалы с высокой теплопроводностью.

Если говорить о графене, то одно из его свойств, которое очень привлекает исследователей, — это именно высокая теплопроводность, которая в несколько раз превосходит любые объемные аналоги. Например, теплопроводность графена при комнатной температуре примерно в 10 раз выше, чем у меди, и примерно в 2,5 раза выше, чем у самого лучшего объемного теплопроводника — алмаза.

Насколько я понимаю, графен еще не нашел коммерческого применения?

Графен — относительно молодой материал. Сейчас он находится на стадии внедрения. Это требует больших финансовых вложений, и, конечно, происходит не в Молдове. Сейчас графеновые материалы пытаются внедрить в стандартные технологии, работающие на базе кремния. Когда в 2010 году Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике за открытие графена и первые исследования его электропроводящих свойств, в СМИ начали муссировать идею о том, что графен заменит кремний. Но нет, он не может его заменить. Однако вместе с кремниевой технологией он позволит существенно улучшить параметры существующих и будущих микроэлектронных устройств.

То есть это — технология будущего. Насколько далекого?

Сложно сказать. Как развивается наука? Цель ученого заключается в получении знания. Зачастую мы только говорим о возможном внедрении. Но коммерческим внедрением занимаемся не мы, для этого существуют другие специалисты. И сколько до внедрения пройдет времени — никто сказать не может. Насколько я знаю, сейчас существуют только лабораторные прототипы устройств, где графен используется вместе с кремнием. Широкого применения в микроэлектронике пока нет.

Графен сейчас создается лабораторно и промышленно, но в последнем случае встает вопрос качества этой пленки. Чтобы она обладала своими уникальными свойствами, она должна быть очень качественной, и поэтому она — дорогая. Сегодня производители пытаются оптимизировать процессы массового производства материалов на базе графена, чтобы удешевить его.

«Хорошая цитируемость статей по теплопроводности графена позволила мне попасть в «Топ 2%»

Можете привести пример задачи, которую вы перед собой ставили, и результата, которого в итоге достигли?

Нашей группе повезло: в 2001 году, на одной из научных конференций профессор Покатилов познакомился с молодым профессором из США — Александром Баландиным. Профессор Баландин организовал в Калифорнийском университете в Риверсайде экспериментальную группу, которая первая в мире, в конце 2007 года, измерила теплопроводность графена.

Экспериментаторы получили неожиданный результат: теплопроводность оказалась рекордно высокой. Хотя существовавшие в то время теоретические модели, которые были экспериментально подтверждены, предсказывали уменьшение теплопроводности при переходе от объемного материала к наноструктуре. Например, теплопроводность тонких пленок кремния примерно в 10 раз меньше, чем у объемного кремния. Поэтому при измерении теплопроводности графена экспериментаторы не ожидали, что она будет выше, чем у графита, из которого получают графен.

Профессор Баландин обратился к нам с просьбой провести моделирование теплопроводящих свойств графена, чтобы как-то физически интерпретировать полученные высокие значения.

Вот так и была поставлена одна из задач, которой мы начали заниматься. Это было начало 2008 года. Если сейчас уже существует огромное количество научных статей с различными моделями теплопроводности графена, то в то время таких результатов практически не было. Мы потратили определенное время на развитие модели теплопроводности, и полученные теоретические результаты подтвердили, что теплопроводность графена выше, чем у графита. Результаты также объяснили, почему это происходит. После этого совместно с группой профессора Баландина мы опубликовали статью о теплопроводности графена в журнале Applied Physics Letters, которая стала одной из первых статей в этом научном направлении, и которая очень хорошо цитируется (на данный момент она процитирована более 2200 раз). Именно хорошая цитируемость статей по теплопроводности графена и полупроводниковых наноструктур и позволила мне попасть в «Топ 2%».

Справка NM: Стэнфордский университет ежегодно составляет список самых цитируемых ученых, зарегистрированных в международной базе исследований. Составители списка оценивают количество цитирований публикаций исследователя за год и за всю карьеру. Ученые классифицированы по 22 научным областям и 174 подобластям. Всего в международную базу входит более 9 млн человек, а в список попадает лишь 2% самых цитируемых, поэтому он назван «Топ 2%».

«Разрыв между зарплатами в науке и в реальном секторе экономики в Молдове — огромный»

Вы говорили, что раньше в Молдове была хорошая база. Как бы вы сейчас оценили подготовку студентов, которые поступают к вам в университет?

Общее падение уровня образования в сфере точных наук присутствует и в Молдове, и в гораздо более развитых странах. Но это не означает, что студенты стали хуже. Немного изменились приоритеты во всем мире. Фундаментальные науки сейчас не настолько приоритетны и не настолько интересны, как это было 50-70 лет назад. Появилось много смежных областей, в которых тоже интересная деятельность, выше зарплаты, и для молодежи эти области кажутся более привлекательными.

Зарплаты в науке маленькие?

Да, это так. Хочу отметить, что разрыв между зарплатами в науке и в реальном секторе экономики в Молдове — огромный, но такой разрыв существует и в развитых странах. Однако в США, Германии, Бельгии и других странах ЕС, хотя зарплата научного сотрудника и профессора меньше, чем зарплата ведущего инженера или менеджера в крупной корпорации, но она такая, что человек чувствует себя финансово защищенным и может заниматься любимым делом.

В Молдове, будучи только научным сотрудником, занимаясь только научной работой, очень сложно решать финансовые вопросы повседневной жизни. Поэтому люди совмещают научную работу с преподаванием (и это обычно полторы-две нормы) или с периодическими командировками за рубеж, где временно работают по контракту.

Получается, что без частного сектора развивать науку невозможно?

Да. Какие-то научные сотрудники будут работать и без высокой зарплаты, поскольку им это интересно, но для того, чтобы наука действительно развивалась, нужны массированные научные исследования, в которые вовлечено много научных групп.

Можно использовать такую аллегорию: получение научных результатов — это как найти клад на большом поле. Если ты один взял лопату, то ты можешь его найти, но времени потратишь очень много и шансы твои невелики. Совсем другая ситуация, когда на этом поле ты не один — у тебя есть коллеги, каждый из которых копает в своей части. Так вы быстрее найдете клад, под которым я здесь понимаю действительно важные научные результаты или новые материалы с перспективными свойствами.

«С перспективами сложно. Поэтому большинство уходит в IT-сектор»

Что нужно сделать, чтобы улучшить ситуацию с наукой в Молдове?

Нужно увеличивать финансирование. Фундаментальные науки требуют значительных вложений в инфраструктуру исследований, поскольку без современного оборудования невозможно проведение исследований в физике, химии и инженерии. Это с одной стороны. А с другой — финансирование нужно, чтобы как-то привлечь молодежь. В условиях Молдовы, когда очень много молодых людей уезжает на Восток или Запад, вопрос вовлечения молодых кадров в научные исследования стоит особенно остро. Среди оставшейся молодежи есть ребята, которые могли бы заниматься наукой, но какие у них профессиональные и финансовые перспективы? С перспективами сложно. Поэтому большинство уходит в IT-сектор, где с финансами и перспективами дело обстоит лучше.

Есть и вещи, не связанные с финансированием. Нужно уменьшить количество бумажной работы — различных планов и отчетов — в науке и образовании. И государство должно решить: нужна ему фундаментальная наука или нет. Если она нужна, то следует посмотреть в сторону лицейского образования. По разным причинам количество учебных часов изучения физики, химии и математики постоянно сокращается. Если оно уменьшается там, то, когда абитуриент приходит в университет, у него нет необходимых базовых знаний и его пугает слово «физика». Я не говорю о том, что улучшение ситуации обязательно приведет к каким-то прорывным научным успехам, заслуживающим, например, Нобелевской премии. Но у любого независимого государства должна быть своя фундаментальная наука, которая является в том числе и показателем уровня развития страны.

Последние 10 лет у нас проходит реформа за реформой, поэтому сами исследователи не знают, как изменятся условия их работы через год. В таких условиях привлекать молодежь очень сложно.

Вы упомянули реформы. Как вы относитесь к недавней реформе университетов?

Сама эта реформа назрела, поскольку институты Академии наук тоже остались без притока молодых кадров. У них тоже проблемы со средним возрастом сотрудников. Однако проведение такой реформы требовало куда большего количества обсуждений и планирования. На данном этапе — не только мне, но и многим другим — не очень понятно, как все это будет реализовано на практике.

«При моделировании движения в компьютерных играх решаются реальные физические уравнения»

Оборудование нужно не только для практических, но и для теоретических исследований. Насколько хорошо оборудованы ваши лаборатории?

Для теоретических групп ситуация сейчас стала лучше, чем в 1990-е годы. В последнее время было довольно много международных и национальных грантов, которые позволяли научным группам получать финансирование для покупки высокопроизводительных компьютеров, необходимых в моделировании: серверных станций или компьютеров с мощными видеокартами. Благодаря таким проектам моя группа на несколько лет вперед обеспечена оборудованием. У каждого сотрудника, который занимается расчетами, есть мощный компьютер с многоядерным процессором и многоядерной видеокартой.

Почему для вычислений используется видеокарта?

Потому что современная видеокарта — это полноценный мини-компьютер со своей отдельной памятью и тысячами процессорных ядер. Каждое такое ядро значительно уступает в производительности ядрам основного процессора, но их большое количество позволяет использовать их не только для обработки видеоинформации, но и для решения вычислительных задач. При компьютерном моделировании движения реальных объектов или явлений природы в компьютерных играх или на телевидении решаются реальные физические уравнения. И использование видеокарт для таких целей полностью оправдано.

---

Хотите поддержать то, что мы делаем?

Вы можете внести вклад в качественную журналистику, поддержав нас единоразово через систему E-commerce от банка maib или оформить ежемесячную подписку на Patreon! Так вы станете частью изменения Молдовы к лучшему. Благодаря вашей поддержке мы сможем реализовывать еще больше новых и важных проектов и оставаться независимыми. Независимо от того, как вы нас поддержите, вы получите небольшой подарок. Переходите по ссылке, чтобы стать нашим соучастником. Это не сложно и даже приятно.

Поддержи NewsMaker!

---