Научный сотрудник Лаборатории диагностики углеродных материалов и спиново-оптических явлений в широкозонных полупроводниках САФУ имени М.В. Ломоносова Анастасия Харламова исследует алмазы и заставляет их светиться фиолетовым цветом.
С 2023 года в Иванове стартовал увлекательный научно-просветительский проект «СЛОН» («Солярис. Лекции о науке»), который превращает сложные научные темы в доступные и интересные истории. Основная цель проекта — сделать науку ближе и понятнее для всех. Хотя изначально лекции были рассчитаны на старшеклассников и студентов, они привлекли внимание людей всех возрастов. В интернете лекции собрали уже более 12 миллионов просмотров, что говорит о большом интересе к проекту.
Идея создания этого проекта принадлежит молодым учёным из Ивановской области. В серии интервью они делятся своими историями о том, что вдохновило их выбрать путь науки, и как научные открытия могут трансформировать нашу повседневную жизнь.
СЛОН: Анастасия, расскажите о своей работе.
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Наша лаборатория занимается изучением алмазов и эффектов, которые можно получить с их помощью. Спиново-оптический эффект мы можем получить, если у нас есть алмазная пластина, допированная NV-центрами. Сама алмазная пластина состоит из углерода, если в систему извне добавить другое вещество, а именно азот, то мы получим NV-центр в алмазной пластине.
Здесь мы можем наблюдать один из квантовых эффектов — спиново-оптический эффект этой алмазной пластины. Всем известно, что электроны находятся вокруг атома на своих уровнях. И если у электрона нет увеличения энергии, то этот электрон находится на своём уровне и никуда оттуда не уходит. Если мы извне ему эту энергию придаём, то он начинает перемещаться между уровнями и, соответственно, возникает спиново-оптический эффект. В чем он заключается? Электрон начинает перемещаться с уровня на уровень, меняя свой спин. Если мы начнем облучать алмазную пластинку лазерным лучом, он начнёт перемещаться, а алмазная пластинка начнёт люминисцировать фиолетовым цветом. Если алмазная пластинка находится без внешнего воздействия только в магнитном поле Земли, уровень люминесценции будет один, если мы внесем в дополнительное магнитное поле, то уровень люминесценции поменяется. Таким образом, эту алмазную пластину можно использовать как сенсор в разных датчиках. Например, датчик тока, датчик магнитного поля Земли и так далее. Это очень интересное и полезное приложение для многих прикладных задач, которыми мы сейчас занимаемся.
СЛОН: Расскажите, чему была посвящена ваша диссертация, если коротко?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Я описывала взаимодействия коротких импульсов с веществом. То есть это взаимодействие излучения с электронами, которые находятся в атоме. После такого взаимодействия можно строить новые приборы, изучать спиново-оптические эффекты. По этому взаимодействию можно еще и говорить о том, где в веществе находятся электроны, и, соответственно, можно характеризовать структуру вещества. Казалось бы, что уже все вещества изучены, но у многих, например, уточняется их атомный состав. Моя тематика была связана больше с биофизикой, я занималась изучением взаимодействия ультакоротких импульсов с молекулами, потому что именно в молекулах приложение ультакоротких импульсов наиболее интересно. Ультакороткие импульсы — это импульсы, которые могут очень быстро зафиксировать изменения на атомном уровне. Можно аналогию провести. Все ходили в больницу и когда-нибудь делали себе рентген какой-нибудь части тела. Рентген вам покажет, что у вас там с костями, что с ними случилось и так далее. Если мы хотим увидеть что-то более сложное, чем кости, например, увидеть молекулу, то рентген нам уже не поможет. Нам нужно будет использовать что-то другое. Почему? Потому что рентген — это излучение, которое работает в диапазоне большем, чем, грубо говоря, жизнь молекулы. Обычно говорят о характерном атомном времени, когда говорят о каком-то взаимодействии с каким-то веществом. Атомное время — это время жизни электрона вокруг атома. И ультракороткие импульсы позволяют нам работать в том же временном диапазоне, что и время жизни этого атома. То есть ультракороткий импульс настолько быстрый, что он может зафиксировать молекулу до её разрушения. Вот для этого нужны короткие импульсы. Я описывала это взаимодействие таких импульсов с молекулами для того, чтобы получить кристаллическую структуру этой молекулы, расположение атомов в ней.
СЛОН: Удалось достичь физических результатов по изучению структуры молекул?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Да, диссертация имеет фундаментальный характер. Была описана формула, которая позволяет видеть изменение структуры молекулы.
В первой части моей диссертации было описано взаимодействие импульса с более упрощённой структурой молекул ДНК. Там мы сравнивали те спектры, которые были получены на практике, когда рентгеном облучали молекулы. И дальше мы уже ушли в область, в которой экспериментальных данных пока что мало. На данный момент такие ультракороткие импульсы генерируются на свободных электронах, это XFL в Германии. Но есть очень много проблем, которые не дают ученым расшифровывать дифракционные картины, которые получаются после взаимодействия. То есть у нас лазер взаимодействует с молекулой, мы получаем картинку, а расшифровать не можем. В моей диссертации описана теория, по которой это можно сделать.
СЛОН: Чувствуется, что вы любите свою работу и много изучали литературы по этому вопросу. Скажите, Анастасия, за последние годы было ли какое-то цепляющее открытие?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Лазер, который работает в ультракоротком диапазоне, и есть открытие. Примерно в 2009 году появились такие лазеры и первые эксперименты, которые позволили наблюдать изменения в этих молекулах.
Это было широкое открытие, которое дало перспективу работы в ультракоротком диапазоне. В 2023-м году за открытие ультракоротких импульсов была присуждена Нобелевская премия за экспериментальные методы, которые генерируют 5-секундный импульс.
СЛОН: Анастасия, вы с детства были увлечены наукой?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: После школы я пошла учиться на инженера-энергетика, но хотелось быть ближе к кафедре физики, и я активно начала участвовать в конкурсах, которые были очень похожи на защиту диссертации.
СЛОН: Очень интересный путь у вас Анастасия. А скажите, что было самое сложное на научном пути?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Найти свой коллектив, своего нужного руководителя. Это было самое сложное. Если бы этого тогда не случилось, то и в сторону науки я бы тоже не ушла. Самое сложное — найти людей.
СЛОН: А самое интересное что было на вашем пути?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Вау-эффект я поймала, когда у нас получилось собрать устройство, которое позволяет анализировать алмазные пластины.
СЛОН: Потрясающе. Анастасия Александровна, какие-то хобби у вас есть сейчас,
увлечения, не связанные с научной деятельностью?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Люблю кататься на велосипеде, читать художественную литературу. Так я отвлекаюсь от физики.
СЛОН: Анастасия, как вы считаете, достаточно ли освещается наука в СМИ? Ваше мнение интересно послушать.
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Прогресс в освещении науки на широкую публику безусловно есть. Сейчас появляется очень много пабликов, люди пытаются популяризировать науку. Это мне нравится. Наверное, было бы лучше, если бы в вузах, в научно-исследовательских центрах этим активнее занимались. Я часто езжу на конференции, и вижу, что мои коллеги занимаются очень интересными вещами, собирают различные устройства. Но об этих исследованиях знают только ученые, которые на эти конференции ездят. Вот было бы хорошо, если бы у нас было больше каналов, которые рассказывали про науку простым и доступным языком.
СЛОН: Перед вами стоит машина времени, которая гарантирует вам возврат обратно. Куда бы вы отправились?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Хотела бы посмотреть когда первый человек полетел в космос, и посмотреть, что было здесь, может быть, в Москве, как люди это восприняли. Вот, наверное, это было бы интересно. Именно как люди реагировали на это событие.
СЛОН: А с кем из учёных прошлого вы бы хотели поговорить, невзирая на языковой барьер?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: С Ньютоном. Ньютон для меня — начало физики.
СЛОН: Какой совет вы бы дали тем, кто сейчас только идёт к защите, только начинает свой путь в науке? Что бы вы посоветовали будущим искателям, будущим кандидатам наук?
АНАСТАСИЯ ХАРЛАМОВА: Заниматься тем, чем интересно заниматься. Если физика вас зажигает — значит надо заниматься физикой. Если вам нравится, то у вас все получится, то как-то и люди найдутся и вы окажетесь в том месте, где вам нужно оказаться, а если это неинтересно, то этого не нужно делать, может быть, найти себя где-то в другом месте.
Интервью создано #при_поддержке_минобрнауки