«Хочу получить Нобелевскую премию. Это не столько мечта, сколько цель»

Арслан Галиуллин попал в науку благодаря тому, что в 9-м классе перестал списывать домашние задания по физике. В интервью проекту «Молодые ученые Вышки» он рассказал о топологических изоляторах, переходе от электроники к спинтронике и цели получить Нобелевку.

Почему я решил стать ученым

Ученым я стал и благодаря родителям, которые меня отдавали в правильные школы и кружки, и благодаря учителям в школе и университете. В 7-й класс я поступил в физико-математический лицей «Вторая школа», где были и есть замечательные преподаватели. Но поступал я из обычной школы, поэтому особого настроя учиться у меня не было. Два года я списывал все домашки, в том числе по физике. А в 9-м классе, когда физика началась заново, уже в углубленном виде, я вдруг начал ее изучать, сам делал домашние задания и добился таких успехов, что летом по рекомендации учителей, в частности учителя физики Андрея Владимировича Кондратьева, меня отправили на специальную смену в «Сириус». Этот же физик подарил мне книгу «Курс физики» А.А. Детлафа и Б.М. Яворского в честь успешного окончания 9-го класса. Я воодушевился и в 10–11-м классах ходил дополнительно на кружки, занимался различными внеурочными проектами и в итоге стал призером Всероссийской олимпиады школьников по физике. Это позволяло мне без вступительных испытаний поступать в любой физический вуз.

Почему я выбрал Вышку

Я поступил в Вышку на факультет физики в первый набор. Вышка мне нравилась сама по себе как молодой университет, и только что созданный факультет давал, как мне тогда казалось, большие возможности — и он действительно позволил мне полностью себя реализовать.

В учебном плане прописано, что с 3-го курса у всех студентов на нашем факультете появляется специализация, а на 4-м — научный руководитель. Но я более-менее определился со своим направлением уже на 1-м курсе, когда мой будущий научный руководитель Александр Юрьевич Кунцевич, тогда еще мой преподаватель, предложил работать под его началом.

Что я исследую

Я занимаюсь физикой двумерных (то есть очень тонких) топологических изоляторов. Этот вид материалов был экспериментально открыт в 2006–2007 годах. Он представляет собой новую форму материи наравне с металлами, полупроводниками и изоляторами. Практического применения топологические изоляторы пока не получили, они только исследуются. Но направление очень перспективное: Нобелевская премия по топологической физике в 2016 году, в частности, из-за этой области и была выдана.

Почти все материалы, которые изучаются у нас в лаборатории, созданы искусственно. Сейчас в науке популярен такой подход: сначала мы сделаем материал, который в природе не встречается, а потом будем изучать его свойства и пытаться его применять. Если быть точнее, эти материалы в принципе не могут появиться в природе, потому что обладают особой точной структурой. Например, квантовые ямы ртуть-теллура, которые я исследую, представляют собой атомарно-гладко напыленные слои кадмия, ртути и теллура, чередующиеся между собой.

Сами эти материалы (правда, без названия «топологические изоляторы») известны с 1960-х годов. Их обычно используют для детектирования инфракрасного излучения. В один момент качество получаемых кристаллов стало таким, что в них удалось наблюдать свойства топологических изоляторов. Сначала это произошло в Вюрцбурге, в Германии, а почти сразу после этого — в России, в Новосибирске.

Где могут использоваться топологические изоляторы

До прикладного применения этих материалов еще довольно далеко. Нет никакой универсальной инструкции по работе с этими материалами, экспериментальных статей не так много, исследования только идут. Какие свойства каких топологических изоляторов окажутся интересны народному хозяйству, пока не до конца ясно. Каждая научная группа изучает их по-своему, в том числе, например, имеет свой подход к тому, как подготавливать исследовательские образцы этих кристаллов. Кристалл — это же просто кусок камня, с ним нужно что-то сделать, чтобы его исследовать, — хотя бы подвести к нему электрические контакты, если группа занимается электрическими свойствами материала. Наша группа не исключение — в моей дипломной работе описан разработанный в нашей лаборатории метод подготовки  образца, который я использую и считаю оптимальным.

Возможно, эти материалы можно будет использовать в спинтронике, аналоге электроники, где информация передается не потоком электронов, а потоком спинов. Если получится сделать процессор, который работает по спинтронным принципам, без передачи электрического тока, то, возможно, в чем-то он будет превосходить классические процессоры. Современные процессоры, например, имеют ограниченную тактовую частоту из-за нагрева, связанного с протеканием электрического тока, — спинтронный процессор должен быть лишен этого недостатка.

О чем моя магистерская работа

Тема моей работы — cоздание спинового выпрямителя на основе квантовых ям теллурида ртути. Мы подготавливаем наш образец специальным образом, так что без применения внешнего магнитного поля в нем предположительно образуется спиновый ток. Если получится доказать, что спиновый ток в наших образцах имеется, а электрический отсутствует, то будет создан элемент спинтроники. У него будут огромные ограничения, он будет гигантских размеров (по сравнению с размером классической микро-, а точнее, уже даже наноэлектроники), абсолютно неэффективный, работающий только при низкой температуре, но он появится. Наша задача — создать задел, провести исследования, чтобы заложить основу дальнейших разработок. Наша основная цель — это публикация в научных журналах. Эта цель благая — публикация означает, что мы кого-то заинтересовали из научного сообщества, сделали что-то важное.

Как я готовлю образец для исследований

Из Новосибирска нам присылают тонкую болванку площадью несколько квадратных сантиметров, кристалл квантовой ямы на подложке GaAs (аналог кремниевой подложки), и дальше я довожу этот материал до измерительного образца. Сначала мне нужно его нарезать на маленькие кусочки специальным прибором — аналогом стеклореза, но для подложек, — чтобы уменьшить расход ценного материала, ведь для исследований достаточно совсем небольшого кусочка. Затем я придаю исследуемому образцу нужную для электрических измерений форму путем проведения литографии и травления. Если представить, что исходный образец — это лист бумаги, то я намечаю рисунок на этом листе бумаги (литография), а затем вырезаю ножницами по обведенному контуру (травление).

Затем я провожу с образцом нужные для эксперимента манипуляции: напыляю на него слой диэлектрика, напыляю слой металла для создания затворного слоя (в случае создания структуры типа полевого транзистора, которая позволяет варьировать концентрацию электронов в структуре), совершаю другие манипуляции, создаю контакты к структуре квантовой ямы, монтирую образец на измерительную установку, охлаждаю образец при помощи криостата (очень сильной морозильной камеры) и провожу измерения.

С кем из ученых я бы хотел встретиться

Просто ради интереса можно было бы встретиться с кем-то из ученых XVII–XVIII веков — рассказать им об успехах в современной науке. А вот чтобы чему-то самому научиться у кого-то, нужно с этим человеком поработать. И если рассуждать о том, с кем хотелось бы поработать, я бы сказал, что с кем угодно, у кого продуктивность сильно выше, чем у меня. Посмотреть, как у них все устроено, перенять их опыт. Для этого и существуют стажировки. Я был бы рад поехать куда-нибудь, где зимы не такие холодные, как у нас, — например, в Сингапур: говорят, там и тепло, и есть лаборатории с хорошими условиями.

Как выглядит мой обычный день

План на день пишу я себе сам, потому что определенного распорядка у меня нет. Сегодня я проснулся, что-то поделал в компьютере по работе, электронные платы для работы попроектировал, дал вам интервью, потом заеду в один магазин, куплю пластик для 3D-принтера, чтобы распечатать корпус для коробочки самодельного электронного устройства, которая нужна в моем эксперименте, поеду в институт, там поработаю. Заканчиваю я относительно поздно, потому что относительно поздно могу и начинать работу. Это сегодня мне удалось в 8 утра проснуться, обычно это происходит ближе к 10–11.

Как я борюсь с выгоранием

Так как график у нас свободный, обычно можно устроить себе разгрузочный денек. Кроме того, от выгорания спасает то, что спектр задач у нас широкий. Например, бывает, что ты уже неделю работаешь над образцом, и он сломался от неаккуратного движения. Заново начинать эту работу сразу сил может и не быть. Неприятно, конечно, что измерения откладываются, но можно и отложить эту работу на недельку, позаниматься чем-то другим, а к делу вернуться позже.

Чем я увлекаюсь

Много чем. Мне нравится работать руками. Ремонт в квартире делали прошлым летом вместе с папой (он строитель): приятно было учиться правильно замешивать штукатурку, шпаклевку, выбирать тип красок для каждого типа комнат.

Нравится встречаться с друзьями. В компьютер иногда могу поиграть, 3D-принтер есть у меня для быстрого прототипирования всяких и бытовых, и научных разработок. В технике интересно разбираться, в школьные годы я только этим и занимался на уроках литературы — что-то прошивал на планшете, делая вид, что сижу с электронной версией книги.

Цветы развожу у себя на балконе. Люблю готовить. Гитара есть, но на ней усидчивости не хватает играть. Различными проектами занимаюсь — если друзья предлагают сделать интересную вещь, какое-нибудь электронное устройство разработать. Мне вообще нравится постоянно разбираться в чем-то новом, заинтересовываться, углубляться, становиться более сведущим в этом деле — почти в любой области.

Что я смотрю и читаю

Смотрю иногда по вечерам сериалы, сейчас «Доктора Хауса» досматриваю. Дочитываю сборник Лавкрафта. До этого читал про саморазвитие книжки и про самодисциплину — как перестать в телефоне тупить. Про финансы книжку читал, да бросил: очень скучно написано.

Совет тем, кто начинает карьеру в науке

Не только в науке, скорее это совет просто по жизни: ничего не бояться, быть устремленным к чему-то, пробивным, задавать вопросы. Активным быть — наверное, это самое главное. Хорошие научные руководители помогают поставить задачу, а дальше ты все делаешь. Помогут советом, если ты спросишь, но не будут сидеть с тобой все время, контролируя процесс.

Любимое место в Москве

Корпус Вышки на Покровке. У меня есть электросамокат, и от моего дома до него я доезжаю минут за двадцать по велодорожке. Мне нравится район рядом с метро «Третьяковская» и «Новокузнецкая», там приятная атмосфера. И я люблю окрестности Гагаринского района, где я живу, недалеко от ФИАН. Там много зелени, и воздух какой-то приятный.