„Byłoby lepiej bez Nagrody Nobla”. Fizyk Michaił Katsnelson o odkryciach

Z góry zrobiłem rezerwację: to, co robi, rozumie zaledwie kilkaset osób na świecie. W swoim imieniu dodamy, że jest on także prawdziwym rycerzem Orderu Lwa Holenderskiego. I laureat Nagrody im. Lenina Komsomola. Jak myślisz, co robi Michaił Katsnelson? Cóż, grafen oczywiście!

Mikhail Katsnelson jest fizykiem, pochodzi z Magnitogorska, gdzie uczył się w szkole. A w Czelabińsku skrzyżowaliśmy ścieżki podczas ceremonii wręczenia nagrody Jasnej Przeszłości (przypominamy, że przyznawana jest ona naszym słynnym rodakom pracującym na obcej ziemi).

Tak więc dyskusja na temat grafenu na poziomie filisterskim z profesorem to oczywiście nie nasza sprawa. Dla niewtajemniczonych grafen jest, że tak powiem, materiałem dwuwymiarowym. Węgiel staje się grafenem, gdy jest „smarowany” warstwą o grubości dokładnie jednego atomu. A potem materiał wykazuje wiele niesamowitych właściwości, które w ogóle nie są charakterystyczne dla węgla. Planowana jest produkcja subminiaturowych elementów elektronicznych z grafenu. To wszystko, nigdy więcej nie zobaczysz słowa grafen w tym wywiadzie!

A rozmawialiśmy o działalności popularyzatora nauki Katsnelsona. We współautorstwie z Valentinem Irkhinem nasz rozmówca napisał książkę zaskakująco niepodobną do podręcznika fizyki: „Statuty niebios. 16 rozdziałów o nauce i wierze. W „Statutach” fizycy „najwyższego szczebla”, by tak rzec, próbują pogodzić aparat pojęciowy religii i nauk przyrodniczych. Czym jest „cud” z punktu widzenia naukowca-obserwatora? Czy prawa natury i prawa religijne nie są ze sobą sprzeczne? Czy Ewangelia zaprzecza procesowi ewolucyjnemu? Książka jest w domenie publicznej, możesz najpierw przejrzeć oczy.

Michaił Iosifowicz, powiedz mi, jak znalazłeś czas w swoim harmonogramie na napisanie książki, która raczej nie przyniesie dywidend, korzyści materialnych? Albo przynieść?

Nie, oczywiście... Historia jest taka. Był rok 2000 lub 2001, kiedy byłem w Jekaterynburgu. W 1998 roku zmarł mój nauczyciel, bardzo ważna dla mnie osoba, akademik Siergiej Wasiliewicz Wałcowski, a po nim rękopis książki „Nowoczesny przyrodniczo-naukowy obraz świata”, rodzaj podręcznika przyrodniczego dla humanistyki, pozostał. Krewni Siergieja Wasiljewicza zwrócili się do mnie i mojego kolegi Valentina Irkhina z prośbą o uzupełnienie książki, rozdział dotyczący związku między naukami przyrodniczymi a religią, sztuka pozostała tam niedokończona ... Oczywiście byłem strasznie zaskoczony, ponieważ rozważałem i nadal uważam się za osobę bardzo słabo wykształconą w humanistyce. Ale Valya Irkhin przekonała mnie: spróbujmy.

Przeszliśmy przez niesamowitą ilość książek, skończyliśmy rozdział, a kiedy to robiliśmy, zaangażowaliśmy się i postanowiliśmy napisać całą książkę.

Teraz nie miałabym na to czasu! Nie chodzi o to, że nie otrzymywałem żadnych dywidend, ale nasi koledzy byli podejrzliwi wobec naszych działań, nie było to zbytnio zachęcane. Potem, na początku 2000 roku, trudno było uprawiać naukę w Rosji, a potem pomyślałem, że skoro nie będę mógł wykonywać pracy naukowej na odpowiednim poziomie, to zajmę się popularyzacją i nauczaniem. Teraz nie mogę nic takiego napisać, nie mam czasu, ale wtedy robiłem to z wielkim zapałem.

Statuty Niebios przytaczają tak wiele różnych źródeł, od Biblii i innych tekstów religijnych po współczesną fantastykę naukową, na przykład Ursulę Le Guin. Czy zarządzasz fantazją?

Valya Irkhin jest całkowicie wyjątkowym specjalistą. Z zawodu jest fizykiem, ale dobrze orientuje się w tekstach kanonicznych różnych religii. Zawsze możesz uzyskać od niego radę w sprawie tłumaczenia Biblii na dowolny język z dowolnej epoki. Studiował także teksty indyjskie, a rozmaite… tu przygotowywał wybór cytatów z tekstów kanonicznych. I science fiction, piosenki Wysockiego i tak dalej - przygotowałem to. W ten sposób tekst został napisany razem, ja napisałam bardziej czysto literacko.

Otrzymałeś recenzje na temat książki: „Na co ci fizycy sobie pozwalają?! Jak mogą oceniać takie rzeczy? Może napisali do Ciebie szaleni ludzie?

Nie, szaleni ludzie nie pisali. Ale koledzy fizycy zareagowali z wielką podejrzliwością. Nie słyszałem żadnych poważnych komentarzy ze strony humanistów, ale niektórzy przyglądali się uważnie naszym pismom, może nawet bardziej szczegółowo, niż na to zasługują. W szczególności profesor Miroshnikov (przyp. red. Jurij Iwanowicz Mirossznikow - wówczas kierownik Katedry Filozofii Instytutu Filozofii i Prawa Uralskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk) napisał dwie pogłębione recenzje i zaprosił nas do uczestniczyć w zbiorach prac naukowych swojego wydziału. A nawet przeczytałem kilka wykładów dla doktorantów z filozofii nauki. I przeciwnie, komuś wydawało się, że wszystko jest lekkie, ale ludzie są delikatni, te recenzje do mnie nie dotarły.

Mój wzrok przykuł rozdział „Cud”. Rozumiem, co ty, jako naukowiec, rozumiesz przez to słowo: bardzo mało prawdopodobne zdarzenia. Czy wierzysz w prawdziwe cuda?

Trudne pytanie brzmi, jak odnosić się do cudów. Na Ziemi żyje siedem miliardów ludzi, każdego dnia odbywają się dziesiątki i setki wydarzeń. Czy to cud, że podczas deszczu kropla spada dokładnie na główkę jakiegoś gwoździa wystającego z ogrodzenia? Cóż, jest dużo dropów, niektóre na pewno trafią! Możesz wejść głębiej. W szczególności słynny psycholog Jung rozwinął koncepcję synchroniczności w przeciwieństwie do przyczynowości. Zdecydowana większość moich kolegów źle się czuje z takimi pomysłami, bo cuda nie pasują do współczesnego obrazu świata. Dla fizyka to bez znaczenia, nie wiem, co z tym zrobić. Ale jako osoba… wiele wydarzeń można interpretować jako cuda. Czy to konieczne?

Co zrobiło na Tobie największe wrażenie w świecie nauki, inżynierii, technologii w 2017 roku?

Istnieje taka anegdota, że ​​Czukocki nie jest czytelnikiem, Czukczi jest pisarzem! Jestem w tym sensie pochłonięty własną pracą, więc jestem tutaj stronniczy. Jest trochę gustów, ulubionych tematów... Trudno patrzeć bezstronnie. Ale w szczególności odbyłem kilka wizyt, kilka rozmów, po których ponownie rozważyłem swój stosunek do komputerów kwantowych. Teraz wydaje mi się, że kryje się za tym coś poważnego.

Notatka. Ed: Komputer kwantowy to hipotetyczne urządzenie, które wykorzystuje zasadniczo inną logikę obliczeń, inną niż współczesne komputery, opartą na postulatach fizyki kwantowej. Wykona (teoretycznie) niektóre zadania biliony razy szybciej niż obecne superkomputery.

Do czego zobowiązuje tytuł holenderskiego rycerza? A może są jakieś korzyści, no cóż, czy można pominąć kolejkę w sklepie lub aptece?

Nie, nie ma korzyści! Ale przy uroczystych okazjach konieczne jest noszenie paska zamówienia. Być może zbyt poważnie traktuję rycerskość. Jestem fizykiem rosyjskim, obywatelem Rosji, ale jednocześnie jestem członkiem Akademii Europejskiej, oto odznaka. I na tym stanowisku uważam, że przyjąłem na siebie obowiązek: przyczyniać się do poprawy stosunków między Rosją a Europą, zwłaszcza w dziedzinie współpracy naukowej. Chociaż nie jestem dyplomatą, ani politykiem, najlepiej jak potrafię. Czasem holenderskie gazety przeprowadzają ze mną wywiady, to dobrze: tutaj, rosyjski fizyk, możesz z nim porozmawiać o tym i owym.

Co odpowiadasz, gdy pytają, dlaczego nie mieszkasz w Rosji?

Widzisz, niestety nie mogę pracować na odpowiednim poziomie w mojej ojczyźnie. Ciągle odwiedzam Rosję, pracuję z Uralskim Uniwersytetem Federalnym, a nie na papierze, ale tak naprawdę pracujemy nad tym. Jako fizyk rozkwitłem w Holandii. Oczywiście szkoda, ale praca mnie napędza. Co tam będę robił po przejściu na emeryturę? Jeszcze nie wiem.

Zastępca Dyrektora Artystycznego, Producent

Po ukończeniu Instytutu Gnessin w 1976 roku wstąpił do jednej z najlepszych orkiestr na świecie - Wielkiej Orkiestry Symfonicznej Państwowego Radia i Telewizji ZSRR, później BSO. PI Czajkowskiego, którą od 40 lat prowadzi wybitny rosyjski dyrygent Władimir Fedosejew.

W ciągu 15 lat pracy w BSO spotkał się ze znanymi muzykami i dziennikarzami, co pomogło mu w dalszej pracy producenta, którą wykonuje od 25 lat.

Kolejny skrzypek...

Współpracował z V. I. Fedoseevem przez prawie 20 lat jako skrzypek, reżyser, producent

Rudolf Barshai, po długiej nieobecności prowadzonej w Rosji, producentem był M. Katsnelson.

W latach 1991-1994 pracował w Rosyjskiej Orkiestrze Narodowej - pierwszej prywatnej rosyjskiej orkiestrze - pod dyrekcją Michaiła Pletnewa, który zrobił błyskotliwą karierę jako pianista i dyrygent.

Z Orkiestrą Pletnev grali tylko najlepsi soliści (Michaił Pletnew i Wiktor Tretiakow)

Po lewej M. Katsnelson z żoną Eleną, po prawej dziennikarz, prezenter telewizyjny S. Nikołajewicz z pierwszym producentem RNO T. Suchaczowa, pośrodku młody amerykański dyrygent

W tej orkiestrze M. Katsnelson przestał być skrzypkiem i został dyrektorem tej grupy. Orkiestra właśnie powstała, potrzebne były jej powiązania ze światem artystycznym i dziennikarskim, rozpoczęto działalność administracyjną i produkcyjną. Praca w prywatnej orkiestrze nauczyła mnie współpracy ze sponsorami i inwestorami. To właśnie w RNO zdobył nieocenione doświadczenie w pracy z bankami i dużymi firmami, które chcą inwestować w kreatywne projekty.

Teraz w rękach nie ma skrzypiec, ale dokumenty

Z austriackim skrzypkiem Yulianem Rakhlinem na festiwalu Violinist for All Seasons

Z Yuri Bashmetem w sali artystycznej Wielkiej Sali Konserwatorium po prawykonaniu Koncertu na altówkę, wiolonczelę i orkiestrę kameralną Aleksieja Rybnikowa

Z Nikołajem Pietrowem. Na swoim festiwalu „Kremlin Musical” był reżyserem
Zuben Metta z żoną, spotkanie na lotnisku Szeremietiewo
Ekaterina Mechetina jest pierwszym wykonawcą dzieł A. Rybnikova: Concerto Grosso No. 1,2 i Sonaty fortepianowe nr. jeden

To doświadczenie pomogło mu, gdy przez kilka lat pracował z Borisem Belenky przy projekcie Kryształowa Turandot, Aleksandrem Krauterem w agencji artystycznej Krauterkontsert i Nikołajem Pietrowem, Artystą Ludowym ZSRR, przy międzynarodowym festiwalu Musical Kremlin. W tych projektach udało mu się pozyskać nie tylko finanse, ale także projektantów, administratorów, wielu muzyków i artystów, z którymi wcześniej współpracował.

W 2004 roku Katsnelson stworzył agencję artystyczną Concert City i zrealizował kilka dużych projektów, w tym międzynarodowy festiwal poświęcony 80-leciu wybitnego skrzypka Juliana Sitkovetsky'ego „Skrzypek na wszystkie pory roku”, na który zaproszono światowe gwiazdy: Juliana Rakhlina ( skrzypce, Austria), Jeannine Jensen (skrzypce, Holandia), Alena Baeva (skrzypce, Rosja), Liana Isakadze (skrzypce, Gruzja), Alexander Rudin (wiolonczela, Rosja), Bella Davidovich (fortepian, USA), Dmitry Sitkovetsky (dyrygent, skrzypce, Wielka Brytania).

W agencji Crowtherconcert miał okazję spotkać się i współpracować z takimi osobistościami jak James Levine, dyrektor artystyczny Metropolitan Opera, Zuben Metta – główny dyrygent Israel Philharmonic Orchestra, Kathleen Battle – genialna sopranistka Metropolitan Opera, Evgeny Kisin - pianista świata i oczywiście współpracujący z festiwalem Chereshnevy Les i jego założycielem Michaiłem Kusnirovichem, który stworzył najbardziej kreatywny moskiewski projekt artystyczny.

Na festiwalu Cherry Forest rozpoczęła się jego współpraca z Aleksiejem Rybnikowem. Prawykonanie Symfonii 5 „Resurrection of the Dead” pod batutą dyrygenta Teodora Currentzisa, później można było wydać płytę w firmie Melodiya z nagraniem wideo z tego koncertu. I koncert w sali. Czajkowski i DVD odniosły sukces wśród publiczności i krytyków, a on otrzymał od Aleksieja Rybnikowa propozycję rozpoczęcia pracy nad swoimi projektami symfonicznymi jako producent. W ostatnich latach w najlepszych salach Moskwy odbyło się kilka znaczących koncertów, nagrań audio i wideo z muzyką Aleksieja Rybnikowa z najlepszymi dyrygentami i solistami: dyrygentami Valery Gergiev, Vladimir Fedoseev, Alexander Sladkovsky, Mark Gorenstein, solistami - Yuri Bashmet, Alexander Knyazev, Alena Baeva, Ekaterina Mechetina, Boris Andrianov i wielu innych.

Kathleen Battle - gwiazda Metropolitan Opera

Z Evgeny Kissinem po triumfalnym koncercie

Z Mają Plisiecką na festiwalu Autoportret R. Szczedrina poświęconym 70. urodzinom kompozytora

Od 2008 roku rozpoczął współpracę z Teatrem im. Aleksieja Rybnikowa i przez lata udało mu się zorganizować tournee teatru do Izraela, krajów bałtyckich, Finlandii, USA i Kanady, organizować kilka autorskich koncertów Rybnikowa z muzyką teatralną i filmową ( dyrygent Sergey Skripka), a także dwa jubileuszowe koncerty w Wielkiej Sali Konserwatorium Moskiewskiego z udziałem Państwowej Akademickiej Orkiestry Symfonicznej. Svetlanov i Moskiewska Orkiestra Symfoniczna „Rosyjska Filharmonia”.

Z austriackim dyrygentem i pianistą Justusem Franzem i wiolonczelistą Aleksandrem Knyazevem, pierwszym wykonawcą Koncertu Rybnikowa

Z Vladimirem Spivakovem na Festiwalu Drewna Wiśniowego

Z Mścisławem Rostropowiczem i Kotlarzem Walerym Poliwanowem na Festiwalu Autoportretów poświęconym 70. rocznicy R. Szczedrina

Dzięki wieloletniemu kontaktowi z firmą Melodiya M. Katsnelsonowi udało się wydać kilka płyt z utworami Rybnikowa: Concerto Grosso No. 1 „Błękitny ptak” i Concerto Grosso nr. 2 Sfinks Północny, nr Symfonii 5 „Zmartwychwstanie”, koncert wiolonczelowy (solista – Aleksander Knyazev, dyrygent – ​​Aleksander Sladkowski), antologia muzyki fortepianowej kompozytorów radzieckich, a także przeróbki dwóch słynnych oper rockowych „Juno i Avos” oraz „Gwiazda i Śmierć Joaquina Muriety » na płytach winylowych.

Z Aleksandrem Sladkowskim, który zrobił błyskotliwą karierę jako dyrygent i dyrektor artystyczny

Z pianistką Iriną Schnittke na koncercie Evgeny Kissin

Z Zoją Bogusławską na wręczeniu Nagrody Triumfu Aleksiejowi Rybnikowowi

Od 2017 roku M.N. Katsnelson jest członkiem Rady Dyrektorów Rosyjskiego Stowarzyszenia Autorów (przewodniczący - Krichevsky Andrey Borisovich).

1976-1991 - Wielka Orkiestra Symfoniczna Państwowej Telewizji i Radiofonii, później BSO im. PI Czajkowski (dyrektor artystyczny, Artysta Ludowy ZSRR - Vladimir Fedoseev) - artysta orkiestry

1991-1994 - Rosyjska Orkiestra Narodowa (dyrektor artystyczny, Artysta Ludowy Federacji Rosyjskiej - Michaił Pletnew) - artysta orkiestrowy, dyrektor

1994-1996 – „Muzy wolności” – „Crystal Turandot” (nagroda teatralna, dyrektor artystyczny – Boris Belenky) – dyrektor wykonawczy

1994-1999 - BSO im. Czajkowski (dyrektor artystyczny, Artysta Ludowy ZSRR - Vladimir Fedoseev) - reżyser

1999-2001 - Państwowa Orkiestra Symfoniczna "Młoda Rosja" (dyrektor artystyczny, Artysta Ludowy Federacji Rosyjskiej - Mark Gorenstein) - reżyser

2002-2004 - Krauterconcert (Dyrektor Generalny - Alexander Krauter) - producent

2004-2006 - Musical Kremlin - Międzynarodowy Festiwal (Dyrektor Artystyczny, Artysta Ludowy ZSRR - Nikołaj Pietrow) - Dyrektor

2006 do chwili obecnej Warsztaty pod kierunkiem Aleksieja Rybnikowa, Teatr im. Aleksieja Rybnikowa - Zastępca Dyrektora Artystycznego, Producent

Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby wyświetlić, musisz mieć włączoną obsługę JavaScript.

Otrzymał pochodzący z Rosji Michaił Katsnelson. W raporcie stwierdzono, że Katznelson otrzymał nagrodę za „wykorzystanie pomysłów z fizyki cząstek elementarnych w badaniu grafenu”. Czym dokładnie były te pomysły i jak zostały wykorzystane, powiedział Lente.ru sam Michaił Katsnelson.

Lenta.ru: W tym roku otrzymałeś Nagrodę Spinozy. Jak wynika z oficjalnego komunikatu, do prac nad grafenem. Opowiedz nam o nich więcej.

Przede wszystkim powiem, że przed rozpoczęciem całej tej działalności w 2004 roku byłem bardzo daleko od grafenu. Dokładniej, zajmowałem się magnetyzmem, fizyką silnie skorelowanych układów (każdy rodzaj nadprzewodnictwa). Brak nanorurek, kwantowy efekt Halla i inne sekcje charakterystyczne dla specjalisty od grafenu. Jednak w 2004 roku jestem tu w Nijmegen ( W tym czasie Michaił Katsnelson mieszkał już w Holandii – ok. 5,5 tys. „Taśmy.ru”), spotkał się z Andrey Geim i Kostya Novoselov. Kostia był tu doktorantem, broniąc właśnie swojej pracy doktorskiej, a Andriej był obecny jako współpromotor pracy. Chciałem z nim porozmawiać o pracy doktorskiej Kosti – dotyczyła ona wówczas bliskiego mi wówczas magnetyzmu. Andrei prawie natychmiast powiedział mi, że nie zajmują się już tym tematem i zaczął zadawać pytania związane z grafenem - o elektrony Diraca w polu magnetycznym. Jakoś słowo w słowo zaangażowałem się w tę działalność.

Na początku muszę przyznać, że nie traktowałem tego zbyt poważnie. I wtedy okazało się, że robię to od ośmiu lat – teraz aktywność grafenu to 70 proc. całej mojej pracy. Być może fakt, że pochodzę z innego obszaru zagrał mi w ręce, pozwolił spojrzeć na wiele spraw pod nieco innym kątem, z którego patrzyły osoby z odpowiednim, że tak powiem, zapleczem. W tamtym czasie było wiadomo, że obecnymi nośnikami w grafenie są (w terminologii) bezmasowe fermiony Diraca. W prosty sposób przypominają cząstki rozpędzone do prędkości rzędu prędkości światła. Czyli te same fermiony opisywane są równaniami podobnymi do równań takich relatywistycznych cząstek w akceleratorach, z tą tylko różnicą, że rolę prędkości światła odgrywa wartość 300 razy mniejsza od tej prędkości. Jest to, jeśli chcesz, model Wszechświata, w którym stałe światowe są różne, a prawa fizyki w ogóle są takie same.

Nagroda Spinozy, nazwana na cześć holenderskiego filozofa Benedykta Spinozy, została zorganizowana przez Holenderską Organizację Podstawowych Badań Naukowych (NWO) w 1995 roku. To najwyższa nagroda naukowa w Holandii. Przyznawany jest holenderskim naukowcom, którzy są liderami w nauce. Nie ma jasnej listy dziedzin naukowych rozpatrywanych przez komisję – decyzję o nagrodzie podejmuje się dla każdego nominowanego naukowca z osobna. Zwycięzcy otrzymują brązową statuetkę Spinozy, a także dzielą się 2,5 milionami euro, które mogą przeznaczyć na dalsze badania naukowe.

Okazało się, że taki pogląd od strony relatywistycznej mechaniki kwantowej (teorii obiektów kwantowych, która przestrzega również teorii względności) okazał się bardzo owocny. Najwyraźniej naszą najsłynniejszą pracą dotyczącą teorii grafenu jest to, co nazwaliśmy tunelowaniem Kleina () i, o ile rozumiem, zostało to szczególnie odnotowane w nagrodzie.

O tym właśnie mówi. W mechanice kwantowej istnieje takie zjawisko - tunelowanie. Jest to bardzo ważne, ponieważ determinuje wiele użytecznych zjawisk: niektóre rodzaje rozpadu jądrowego, radioaktywność, efekty w elektronice półprzewodnikowej. Istota zjawiska jest następująca: cząstki kwantowe, w przeciwieństwie do klasycznych, mogą z pewnym prawdopodobieństwem przejść przez bariery potencjału. Oznacza to, że jeśli postawisz ścianę, cząsteczka może przez nią przeniknąć. Jest tu subtelność: uważa się, że mechanika kwantowa działa na wszystko małe, a mechanika klasyczna na wszystko duże, więc kiedy bariera staje się wysoka i szeroka, mechanika kwantowa powinna pokrywać się z klasyczną. Oznacza to, że nie będzie tunelowania. Ale w przypadku ultrarelatywistycznych cząstek, z wielu bardzo głębokich i interesujących powodów, sytuacja jest inna: przechodzą one przez barierę niezależnie od jej wysokości i szerokości. To taka bardzo ogólna i bardzo interesująca właściwość, którą nazwaliśmy tunelowaniem Kleina, ponieważ jest ona w jakiś sposób związana z tak zwanym paradoksem Kleina w mechanice kwantowej (na pewno tego teraz nie wyjaśnię). Z czasem okazało się, że to bardzo ważna rzecz. Trzy lata później efekt ten został eksperymentalnie potwierdzony. Byłem oczywiście ponad głowę szczęśliwy: to największa radość dla teoretyka - trafnie coś przewidzieć. Nieczęsto się to udaje.

A kto potwierdził?

Pierwszą była grupa Philipa Kima z Columbia University w Nowym Jorku (swoją drogą byli to główni konkurenci Andrieja i Kostii w sprawach grafenu). Teraz prawdopodobnie zostało to już potwierdzone w dziesiątkach prac. Ale głównym urokiem tej pracy jest wyjaśnienie, dlaczego grafen jest w zasadzie interesujący.

Faktem jest, że w grafenie, podobnie jak w półprzewodnikach, są dziury i elektrony. W tym przypadku materiał łatwo jest przełączyć z jednej przewodności na drugą - na przykład z przewodności dziurowej (gdy głównymi nośnikami ładunku są dziury naładowane dodatnio) na elektroniczne i odwrotnie. Aby to zrobić, wystarczy, powiedzmy, przyłożyć do arkusza grafenowego zewnętrzne napięcie elektryczne, po angielsku zwane napięciem bramki. Jednocześnie w normalnych warunkach grafen zawsze zawiera niejednorodności wewnętrzne, to znaczy są obszary z przewodnością elektronową i są obszary z przewodnością dziurową - takie pule elektronowe i dziurowe (). Dlaczego tak się dzieje? Wynika to na przykład z faktu, że grafen jest dwuwymiarowy, a każdy układ dwuwymiarowy podlega silnym fluktuacjom w dowolnej skończonej temperaturze. Tak więc, gdyby nie było tunelowania Kleina, który pozwala elektronom na przechodzenie przez obszary dziur i na odwrót, wszystkie elektrony w grafenie siedziałyby w tych własnych pulach, a sam grafen nie byłby materiałem przewodzącym.

Kolejny ważny fakt: w prawie każdym innym materiale półprzewodnikowym nie można w sposób ciągły przechodzić od przewodnictwa elektronicznego do otworowego, koniecznie przechodzi się przez obszar izolatora, gdy materiał w ogóle przestaje przewodzić. W grafenie jednak nie ma takiego obszaru - jest to również konsekwencja różnego rodzaju efektów relatywistycznych opisanych w mojej pracy nad minimalnym kwantowym przewodnictwem grafenu.

Tak czy inaczej, ale wszystko to sugeruje, że elektroniki grafenowej nie można zbudować jako analogu elektroniki krzemowej lub germanowej. W najprostszych tranzystorach, przykładając napięcie do obszaru centralnego (na przykład elektronicznego), można go zablokować lub odblokować. Ze względu na tunelowanie Kleina nigdy nie można zablokować zwykłego tranzystora w grafenie. Oznacza to, że tranzystor grafenowy powinien być ułożony w zupełnie inny sposób.

Wraz z moimi kolegami z Manchesteru brałem udział w kilku fundamentalnych pracach w tej dziedzinie - jak poprawnie wykonać tranzystor grafenowy. Najlepsze, co możemy zaoferować, to tak zwana geometria pionowa. Przy takim schemacie prąd nie przepływa przez arkusz grafenowy, ale z jednego arkusza do drugiego ( i ).

Muszę powiedzieć, że wszystkie inne słowa, które powiedziałem - istnienie minimalnego przewodnictwa kwantowego, puli dziur i elektronów - są również związane z częścią moich prac. To znaczy, z mojego punktu widzenia, udało mi się znacząco uczestniczyć w tworzeniu języka dla tej nowej dziedziny, którą w zasadzie wszyscy teraz posługują się. I cieszę się, że środowisko naukowe uznało te prace za ważne.

Jaki jest obecny stan całej tej nauki? Mówisz, że w ostatnich latach byłaś w tym aktywnie zaangażowana.

Doskonałe warunki. Grafen to tylko bajka z kilku powodów. Cóż, przede wszystkim ludzie są dobrzy ( śmiech).

A po drugie, cudowna równowaga między teorią a eksperymentem, prawdziwa pełnoprawna współpraca. Oznacza to, że gdy tylko przewidywany jest jakiś efekt, jest on natychmiast sprawdzany. Albo powiedzmy, przeprowadza się eksperyment - i natychmiast teoretycy podejmują wyjaśnienie otrzymanych informacji. Można powiedzieć, że cała ta aktywność wokół grafenu to tylko przykładowa fizyka. Jeśli porównamy to na przykład z inną obecną dziedziną mody, gdzie generalnie wiele osób nawet stopniowo odchodzi od grafenu – z tzw. izolatorami topologicznymi – to taka równowaga, moim zdaniem, jeszcze nie była osiągnięty. Tam, z grubsza, na jednego eksperymentatora przypada stu (lub tysiąc) teoretyków. Fantazja działa na wszystkich, ale nie ma wystarczającej liczby eksperymentów, aby sprowadzić teoretyków na Ziemię.

A jednak grafen jest dość prostym układem, niepodobnym do tych samych nadprzewodników wysokotemperaturowych. Jest tam tak wiele rzeczy: ich wzory chemiczne są dość złożone, a struktura krystaliczna jest złożona - milion różnych czynników. Dlatego generalnie nie ma specjalnych przełomów. Teraz - ile? - Od 25 lat ludzie majstrują, ale nie można powiedzieć, że zrozumieliśmy tam coś ważnego, że rozwiązaliśmy problem. A w przypadku grafenu, ponieważ ludzie są dobrzy, ponieważ teoretycy w niezwykły sposób współdziałają z eksperymentatorami, a ponieważ system jest wciąż stosunkowo prosty, postęp jest kolosalny. W tej chwili, na poziomie jednocząstkowej teorii grafenu (najprostszy model, w którym nie bierze się pod uwagę wzajemnego oddziaływania nośników ładunku), prawie wszystko zostało już zrobione: opracowano język, a główny efekty zostały odkryte. Przyznaję, że nawet się trochę znudziłam i pomyślałam o przeprowadzce w inne miejsce. Ale znowu, ze względu na kolosalny postęp w technice eksperymentu, jakość próbek stała się już tak wysoka, że ​​możliwe stało się stłumienie wszystkich tych kałuż, o których mówiłem i które zapobiegają powstawaniu jakichkolwiek subtelnych efektów. Zaobserwowano, aby zbliżyć się bardzo do tak zwanego punktu Diraca, do najbardziej interesującego przypadku, a efekty wielocząstkowe zaczęły być obserwowane eksperymentalnie - efekty, które są zasadniczo związane dokładnie z wzajemnym oddziaływaniem elektronów. I to tak, jakby nowy świat znów się otwierał. Oznacza to, że przyszłość teorii grafenu leży właśnie w takich efektach wielocząstkowych - jest tu teraz wiele ciekawych zadań.

Wspomniałeś o punkcie Diraca. Powiedz nam więcej o niej.

Mam nadzieję, że Twoi czytelnicy pamiętają ze szkoły, że jednym z punktów wyjścia mechaniki kwantowej była teoria atomu Nielsa Bohra. Jedno z głównych postanowień tej teorii stwierdzało, że elektrony w atomie nie mogą mieć żadnej energii, a jedynie pewne dyskretne poziomy energetyczne. Teraz zostało to już wielokrotnie sprawdzone w praktyce – na przykład w izolowanych układach (można je nawet nazwać „sztucznymi atomami”), znanych jako kropki kwantowe, widmo energii jest dyskretne (czyli składa się z pojedynczych wartości).

Jeśli przejdziemy do ciał stałych, to widmo jest bardziej skomplikowane. W konwencjonalnych półprzewodnikach mamy do czynienia z taką sytuacją: niektóre pasma energetyczne są całkowicie wypełnione, a inne całkowicie puste. Jeśli mamy częściowo wypełnione pasmo tych dozwolonych energii, jest to metal, przewodnik. Jeśli niektóre pasma są całkowicie wypełnione, a inne puste, jest to półprzewodnik lub izolator. Grafen jest dość wyjątkowy, ponieważ w stanie podstawowym ma również całkowicie wypełnione i całkowicie puste pasmo, ale nie ma między nimi przerwy. A jeśli spojrzysz, jak to wszystko wygląda, narysuj obraz tego, jak działa to centrum energii, wtedy ten wypełniony pasek można przedstawić jako rodzaj stożka, na którym ten sam stożek stoi na górze. Najciekawszym miejscem w widmie elektronowym jest ten wierzchołek stożka. Cóż, jeśli, jak wiemy w fizyce półprzewodników, fizyce metali, spróbujemy zbudować jakiś model - my, fizycy, mówimy, hamiltonian - opisujący taką sytuację, to będzie on bardzo podobny do hamiltonianu Diraca z relatywizmu. mechanika kwantowa.

Ten punkt nazywa się punktem Diraca. Jeśli grafen nie jest domieszkowany (czyli nie wpychamy w grafen dodatkowo elektronów ani dziur), to w tym miejscu jest najciekawsza fizyka.

W tym miejscu pojawiają się bardzo ciekawe efekty elektroniczne. Jednym z fundamentów naszego rozumienia ciał stałych i ogólnie stanu skondensowanego (ciała stałe i ciecze) jest teoria cieczy Fermiego opracowana przez wielkiego sowieckiego fizyka Lwa Landaua. Z grubsza rzecz biorąc, teoria ta mówi, że dodanie do równań jednoelektronowej teorii oddziaływania elektronów nie prowadzi do żadnych nowych efektów jakościowych, czyli nie jest to bardzo ważne – niektóre parametry modelu po prostu się zmieniają. Powiedzmy, że zamiast jednej wartości masy, momentu magnetycznego, należy wziąć pod uwagę inne i to wszystko. Dlatego model z nieoddziałującymi elektronami zwykle daje tak dobre przybliżenie.

Najwyraźniej grafen w pobliżu punktu Diraca jest wyjątkiem, to znaczy teoria cieczy Landaua Fermiego tam nie działa. I to w ogóle było znane od dawna jako konstrukcja teoretyczna, zaproponowana na długo przed odkryciem grafenu przez mojego przyjaciela i współautora Paco Gineę i innych teoretyków w Hiszpanii. Wszystko to zostało niedawno potwierdzone eksperymentalnie. A teraz wydaje mi się, że główne wysiłki teoretyków zajmujących się grafenem należy skoncentrować na zrozumieniu tego nie-Fermi-ciekłego stanu, na zrozumieniu, jakiego rodzaju skutków oddziaływania międzyelektronowego można się spodziewać. To bardzo nowy, świeży obszar, niezwykle atrakcyjny do pracy.

Jaka jest tam matematyka? Czy jest coś ciekawego nie tylko dla fizyków?

Teoria jednego elektronu jest równaniem Diraca, z formalnego punktu widzenia, równaniami różniczkowymi cząstkowymi liniowymi. To piękna matematyka. Przyznają to nawet matematycy – spójrz, ostatnio nasi (z naszej grupy) wrócili z Petersburga z dużej konferencji Dni matematyki z dyfrakcji – 2013. Na przykład, aby zbudować poważną, a nie tylko czysto jakościową matematyczną teorię tunelowania Kleina, trzeba użyć bardzo pięknej, eleganckiej matematyki – tzw. przybliżenia półklasycznego, ale znacznie subtelniejszego niż w przypadku zwykłego kwantu mechanika. Wystarczy wziąć pod uwagę tunelowanie Kleina.

A jeśli mówimy o efektach wielocząstkowych w grafenie, to przenosimy się na zupełnie inny poziom, gdzie już konieczne jest stosowanie skomplikowanych metod cząstek kwantowych i teorii pola, na przykład tych samych metod, które ludzie z teorii cząstek elementarnych, aby dowiedzieć się, dlaczego nie ma wolnych kwarków. I znowu jestem zaangażowany w niektóre z tych prac, współpracuję z grupą teoretyczną w ITEP w Moskwie, gdzie staramy się zastosować te metody teorii cząstek elementarnych do badania efektów wielocząstkowych w grafenie. Oznacza to, że ogólnie matematyka na każdy gust, począwszy od klasycznej fizyki matematycznej z XIX wieku, badania równań różniczkowych cząstkowych, a skończywszy na nowoczesnej wyrafinowanej matematyce i metodach numerycznych stosowanych w tak zwanej fizyce fundamentalnej . Ogólnie rzecz biorąc, już w naszych pierwszych pracach z Andriejem i Kostią był związek ze współczesną matematyką, tą samą geometrią i topologią. Oczywiście nie tylko dzisiaj, ale 50 lat temu. Na przykład twierdzenie Atiyaha-Singera. A to już nie jest złe - w fizyce ciała stałego zwykle wystarcza np. matematyka sprzed 150 lat.

Kilka pytań na bok. Powszechnie wiadomo, że jesteś wierzącym - prawosławnym chrześcijaninem. Czy to nie przeszkadza w komunikacji z zagranicznymi kolegami? Mówią, że wśród współczesnych fizyków jest wielu ateistów.

Mogę powiedzieć, że nie stwarza mi to absolutnie żadnych problemów w komunikacji z kolegami, przynajmniej na Zachodzie. Myślę, że wszyscy wiedzą i tak naprawdę tego nie ukrywam. Powiedziałbym nawet, że typowa postawa to taka, życzliwie bezinteresowna. Większość, jak sądzę, to tylko bęben, ponieważ naukowca należy oceniać po swojej pracy naukowej. Jeśli możesz ze mną porozmawiać o jakiejś interesującej nauce, to porozmawiają ze mną o interesującej nauce. Są to tematy, które zazwyczaj nie są szczególnie popularne w miejscach publicznych. Omawiasz je z bliskimi przyjaciółmi i tak dalej. Mam bliskich przyjaciół, którzy są fizykami i oni sami mogą mieć inne poglądy, ale w każdym razie w pełni szanują i w pełni rozumieją moje poglądy religijne. Kiedy byłem w Rosji, wraz z moją współautorką, koleżanką Valyą Irkhin, opublikowałem dwie książki o nauce i religii - „Karty nieba: 16 rozdziałów o nauce i wierze” oraz „Skrzydła Feniksa”. Wprowadzenie do mitofizyki kwantowej” ( obie książki są na lib.ru - i - ok. „Taśmy.ru”).

Tyle, że ludzie na ogół nie myślą w tym kierunku, ale jednocześnie mogę na przykład z wielką dumą powiedzieć, że Kostia Nowosiełow, gdy nie był jeszcze noblistą, ale był jeszcze bardzo młodym człowiekiem, powiedział mi, że czytał "Skrzydła Feniksa" i zrobiła na nim silne wrażenie. Oczywiście nie chcę bić się w piersi i mówić, że to ja, ja pomogłem mu zostać laureatem Nagrody Nobla, ale w każdym razie czytanie moich pseudonaukowych książek wyraźnie mu nie zaszkodziło. Więc jest tu spokojna postawa.

Jeśli chodzi o to, jak osobiście to łączę, wydaje mi się, że najważniejszą rzeczą do zrozumienia tutaj jest to, że nie należy mieszać poziomów. Nie jesteśmy tylko fizykami, jesteśmy przecież ludźmi, mamy różne problemy, mamy różne rodzaje doświadczeń – zarówno doświadczenie życia codziennego, jak i pewnego rodzaju przeżycie wewnętrzne, duchowe, co bywa nazywane przeżyciem mistycznym, doświadczenia naszej pracy naukowej, komunikujemy się z kobietami, komunikujemy się z przyjaciółmi, komunikujemy się z dziećmi, to znaczy żyjemy wieloaspektowo i nie sądzę, aby, powiedzmy, moje poglądy religijne w jakiś sposób bezpośrednio wpływały na moje naukowe pracy lub na odwrót, czyli jakie są moje zainteresowania literackie. Tyle, że człowiek jest wieloaspektowy, jak powiedział Fiodor Michajłowicz Dostojewski, „szeroki człowiek”, no i wszystko spokojnie pasuje. Szczerze mówiąc nie mam z tym żadnych szczególnych problemów.

Co sądzisz o otwarciu Wydziału Teologicznego MEPhI?

Zasadniczo, jeśli pamiętasz dowcip o Vovochce: chciałbym twoich problemów, Marii Iwanowna, - a więc moje podejście jest mniej więcej takie samo. O ile czytałem o tej historii, to tak naprawdę nie było dobrze zrobione - nie dlatego, że chodzi o wiarę czy coś innego, ale po prostu, jak mówią, sam tego nie zrozumiałem, tylko czytam w Internecie, że władze przekręcały to, co robiono wbrew woli ludu, że nie brały pod uwagę opinii i tak dalej. To znaczy tyrania jest zła. Jeśli w tym przypadku była tyrania, to źle. A jeśli, jak mówią, zrobiono to za zgodą (może tak nie jest w przypadku MEPhI), to dlaczego, no, jest wydział, niech kto chce tam pracować, kto nie chce, nie. Nie widzę w tym żadnego problemu. Mamy wydział teologiczny, nawiasem mówiąc, uniwersytet katolicki w ogóle. Więc co? Cóż, katolik.

Czy to imię świętego?

Święty Radbod, tak. Przed głównym budynkiem administracyjnym mamy pomnik św. Tomasza z Akwinu. W żaden sposób mi to nie przeszkadza. Rozumiem, że jestem wierzący, co mi brać, ale myślę, że większość moich kolegów to ateiści i to też im nie przeszkadza. Wszystko w porządku. W porządku. Doskonale rozumiem, że w Rosji jest to strasznie bolesna sprawa, po prostu dlatego, że jest bardzo upolityczniona, po pierwsze. Po drugie, widocznie część starszego pokolenia wciąż ma w pamięci przymusowe pranie mózgu przez marksizm-leninizm w czasach sowieckich, o tym mogę powiedzieć wiele rzeczy – w końcu zostałem zmuszony do ukończenia uniwersytetu marksizmu- Leninizm, Wydział Filozoficzny. Dyplom mam, cały ten stracony czas, ciągle czkawka.

Ale z drugiej strony wynik w moim przypadku był dokładnie odwrotny do tego, co było pożądane, nie tylko nie zostałem marksistą-leninistą, ale stałem się idealistą, wierzącym, ostrym antymarksistą, czyli w miejsce tych, którzy próbują sadzić jakąś religijną, prawosławną, tak, nawet ateistyczną, cokolwiek, propagandę - pomyślałbym o tym. Jeśli robi się to po to, aby wyłudzić przychylność władz i postawić gdzieś dla siebie haczyk, to o czym dyskutować - cóż, bestialstwo i bestialstwo.

Jeśli ktoś szczerze myśli, że w ten sposób można skierować ludzi w jakimś pożądanym kierunku, podam wspaniały kontrprzykład. Wyprali mi mózg tym marksizmem-leninizmem, obmyli mnie obskurantyzmem, idealizmem, kapłaństwem, jak to wyraził Włodzimierz Iljicz. Myślę, że taka staranność w sadzeniu ortodoksji doprowadzi do dokładnie takich samych rezultatów, po prostu wyprodukuje nie tylko ateistów, ale wojujących ateistów - ja, jako osoba prawosławna, smutno myślę o tej perspektywie. Z tych dwóch punktów widzenia, że ​​generalnie jakakolwiek propaganda zawsze osiąga cele, które są wprost przeciwne do deklarowanych, oraz że tyrania nie jest dobra i należy pytać ludzi o opinie - mam negatywny stosunek do tej historii. Jeśli po prostu mówimy o współistnieniu wydziału teologii i wydziału fizyki jądrowej i każdego innego w ramach tej samej instytucji edukacyjnej, to pracuję w takiej instytucji od dziewięciu lat, jestem całkowicie szczęśliwy i nie widzę absolutnie żadnego problemu w ten.