У КАУ створюють Центр передових досліджень і мріють про український синхротрон
Рік тому було названо чотирьох переможців конкурсного відбору зі створення в Україні німецько-українських центрів передових досліджень. Один з таких центрів — українсько-німецьку лабораторію для пошуку нових квантових матеріалів GU-QuMat — створюють у Київському академічному університеті.
Газета «Світ» поцікавилася у директора КАУ академіка Олександра Кордюка, який вигляд має центр сьогодні. Які дослідження виконують науковці?
— Нещодавно, під час візиту Федерального Міністра освіти та наукових досліджень Німеччини було презентовано чотири новостворені українсько-німецькі центри передових досліджень. Партнером одного з них від України є Київський академічний університет. Пане Олександре, що зроблено за рік?
— Хочу одразу наголосити, що проєкт не виник рік тому, це — продовження історії досліджень і співпраці, зокрема, в рамках UKRATOP (спільного проєкту КАУ і дослідницького університету в Дрездені).
Від оголошення переможців конкурсного відбору зі створення німецько-українських центрів передових досліджень справді минув рік, але сам конкурс розпочався набагато раніше.
Після оголошення переможців потрібно було визначити, хто адмініструватиме українську «частину» проєкту, і дуже добре, що цю роботу взяв на себе Український науково-технологічний центр. Адміністративна робота займає чимало часу, ми воліємо витратити його на дослідження.
Науковою метою проєкту є розумний дизайн нових квантових матеріалів. Для того, щоб створити такі матеріали, потрібні нові підходи щодо досліджень, розуміння електронної структури матеріалів і, звісно, досвід (сталість досліджень).
Непоганим завершенням проєкту UKRATOP є опублікована на початку 2024 року в Nature стаття, першими авторами якої є наші студенти (нині — випускники). Їм вдалося знайти «кандидата» для топологічної надпровідності — це PtBi2. Молоді науковці дослідили фотоемісію, побачили особливість електронної структури, побачили, що на поверхневих топологічних станах відкривається надпровідна щілина.
Пошук топологічної надпровідності є однією з найважливіших задач у сфері квантових технологій. Цікаво, що вчені з різних країн не раз повідомляли, що знайшли топологічну надпровідність, але кожного разу з’ясовувалося, що це не так. Сподіваємося, що нам вдасться просунутися у цих дослідженнях.
Рік, що минув від офіційного старту проєкту, був надзвичайно насиченим. Ми продовжували дослідження, обговорювали, з якими матеріалами варто працювати найперше.
Восени наші молоді дослідники взяли участь у воркшопі, який організував Інститут дослідження твердого тіла і матеріалів Наукового товариства імені Ляйбніца. Вони два місяці продуктивно працювали в Німеччині й нещодавно повернулися.
Це був дуже корисний досвід. Один з цих дослідників, Олег Фея, в рамках проєкту планує співпрацювати з хіміками, створювати нові методи розрахунку й прогнозування можливості створення квантових матеріалів.
Передбачити властивості матеріалів можливо, якщо знаєш їхню електронну структуру. Експериментальним визначенням електронної структури матеріалів за допомогою фотоемісії у проєкті займається Володимир Безгуба.
Щоб передбачити матеріали з новими властивостями, треба все правильно розрахувати. Потім ці матеріали потрібно синтезувати, «виростити» монокристали й перевірити.
У дослідженнях високотемпературної надпровідності й досі існує чимало «білих плям». Це мотивує виконувати нові дослідження.
Можливо, відкриття механізму високотемпературної надпровідності стане підставою для Нобелівської премії, це було і є додатковою мотивацією для дослідників у всьому світі.
— Як далеко просунулися дослідники КАУ у питанні створення нових квантових матеріалів?
— Це процес не лінійний а, якщо можна так сказати, паралельний. Є матеріали, на основі яких можна порівнювати розрахунки й результати експериментів, є такі, які синтезовано, але ще не перевірено. Чимало матеріалів плануємо отримати в найближчому майбутньому. Робимо все це одночасно.
Ще під час проєкту UKRATOP наш університет отримав від німецької сторони унікальну оптичну піч з вирощування монокристалів. Над темою вирощування монокристалів працює Ірина Путченко, яка була першою стипендіаткою UKRATOP. Нині, після народження дитини, Ірина знову повернулася в науку. Зразки, про які йдеться у статті в Nature, виростила саме вона, під час піврічного стажування в Німеччині. Ця історія, до речі, є гарним прикладом реалізації дослідницького навчання в КАУ — як ми готуємо молодих учених.
Час будувати синхротрон в Україні
— Нещодавно на конференції з біотехнологій один з представників бізнесу висловив думку, що у світі немає дефіциту лабораторій чи, образно кажучи, вільних годин роботи хроматографа. Коли вчений чи бізнесмен хоче підтвердити якусь гіпотезу, він знайде лабораторію, де це можна зробити. На вашу думку, чи є в Україні дефіцит сучасного обладнання?
— Звісно, в Україні є дефіцит сучасного обладнання. Лише частина вчених може знайти необхідні лабораторії. Інколи обладнання є, але не найкраще.
Я впевнений, що є люди, які хочуть провести дослідження, і є експериментальні інфраструктури, які надають цю можливість, але вони не завжди можуть знайти одне одного. Тобто є дефіцит співробітництва.
Ми сьогодні намагаємося втілити ідею побудови в Україні східноєвропейського синхротрона. До нас звернулися колеги з Ліги європейських джерел фотонів на основі прискорювачів (LEAPS) і запропонували працювати в цьому напрямку.
— Ви маєте на увазі створення української лінії синхротронного випромінювання в центрі SOLARIS у Польщі?
— Не тільки! Йдеться про побудову синхротрона саме в Україні. З цією ініціативою до нас звернувся Леонід Рівкін, вчений українського походження, який працює в Інституті Пауля Шеррера у Швейцарії.
Будівництво синхротрона дороге, близько 300 мільйонів євро коштуватиме лише основне будівництво. Але за допомогою міжнародних партнерів та ініціативи «Світло для України» побудувати синхротрон у нашій країні цілком реально. Ідею підтримав і міністр освіти й науки Оксен Лісовий.
Коли побудуємо власний синхротрон, перенесемо сюди й українську лінію синхротронного випромінювання з Кракова.
До речі, щоб будувати синхротрон, в Україні має бути створено товариство користувачів синхротронного випромінювання. У нас є така спільнота, вчені виконують відповідні дослідження, і зараз ми це товариство офіційно реєструємо. Саме воно буде замовником синхротрона.
Поляки готові ділитися з нами досвідом побудови центру SOLARIS. Вони будували його досить довго, частково за європейські кошти. Від бажання побудувати синхротрон до початку роботи у них минуло 15 років. Упевнений, що українці можуть зробити це швидше.
Взагалі ідея побудови українського синхротрона виникла під час модернізації швейцарського синхротрона (Swiss Light Source, SLS), що належить Інституту Пауля Шеррера. Частину високоякісного обладнання планується передати українцям. Зокрема, для лінії в Кракові буде передано ондулятор (ринкова ціна — близько 1,5 млн євро), у якому електрони починають випромінювати світло. Для синхротрона в Україні потрібні десятки таких ондуляторів.
— Які наукові завдання допоможуть розв’язати дослідження на синхротроні?
— Синхротрон — найпотужніша інфраструктура для дослідження матеріалів, зокрема і квантових. Але це також найбільш міждисциплінарна дослідницька інфраструктура. Синхротрон дає можливість виконувати дослідження, важливі не тільки для фізиків та матеріалознавців, але також для хіміків, біологів, медиків, аграріїв, геологів.
Для порівняння: рентген може просвітити організм людини, а світло синхротрона просвічує матеріали. Синхротронне випромінювання у мільйони й мільярди разів інтенсивніше, воно дає можливість «зазирнути» всередину матеріалів. Його використовують, наприклад, для дослідження якості зерна, «розшифровки» будь-яких молекул і білків, дослідження властивостей матеріалів.
Такі дослідження дуже важливі. Багато індустріальних гігантів, від виробників батарей та сучасних чіпів до фармацевтичних компаній, не можуть обійтись без синхротронних досліджень. Не даремно всі найбільш розвинені країни побудували свої синхротрони, іноді — декілька.
Центр «конденсації» науки, ідей і співробітництва
— Ви не раз говорили, що метою проєкту UKRATOP було перетворення «відтоку мізків» на «циркуляцію мізків». Студенти й аспіранти з України виконували дослідження на високоякісному обладнанні в Німеччині, а потім захищали наукові роботи в Україні. А як би ви сформулювали основну мету роботи Центру передових досліджень?
— Я б назвав це центром «конденсації» науки й співробітництва.
Для того, щоб молоді науковці поверталися з-за кордону, потрібно, щоб була можливість працювати в Україні, щоб співпраця була неперервною, а один проєкт «перетікав» в інший.
Центр передових досліджень має стати прикладом такої «конденсації». Щоб молоді науковці розуміли, що тут виконуються дослідження найвищої якості, і вони можуть долучитися до цих проєктів. В українській науці має бути цікаво. Звісно, у нас і так цікаво, але буде ще краще!
Саме так, до речі, повернулися Олег Фея і Володимир Безгуба, які два роки були на стажуванні у Німеччині, один як постдок, другий як аспірант. Нині вони дуже популярні викладачі у нашому університеті.
— У яких галузях потрібні нові квантові матеріали? Які потреби людини зможуть задовольнити нові технології?
— Ці матеріали потрібні в усіх галузях. Працювати в SOLARIS, наприклад, їздили вчені з Житомира, виконували дослідження зерна, структури молекул, білків тощо. Дослідження структури молекул — це також квантова фізика.
А найперше застосування квантових матеріалів — це квантові обчислення, квантові комп’ютери. Ще один перспективний напрям — створення квантових сенсорів, які будуть на порядки чутливішими, ніж інші.
— З перших днів створення Київський академічний університет тісно співпрацює з німецькими вченими, зокрема з Інститутом імені Ляйбніца. Як допомогла ця співпраця під час війни?
— Колеги допомагають і морально, і матеріально. Зокрема, на основі проєкту UKRATOP було створено Українську наукову стипендіальну програму в Дрездені (UKRAPRO). Мета цього проєкту — зосередити ресурси різних фондів і допомогти якомога більшій кількості наших співробітників. У перший рік війни це була дуже серйозна підтримка. Українці розуміли, що робити, куди їхати, де продовжити дослідження.
Ця співпраця триває й сьогодні. Наприклад, найближчим часом нам передадуть установку з магнетронного напилення плівок у високому вакуумі. Ми вже підготували для неї спеціальне приміщення.
Ця підтримка стимулює нас до розвитку. Це безцінно.
— Якщо я правильно розумію, поки що, з огляду на війну, центр працює у Дрездені, а в майбутньому «переїде» до Києва. Яким, за задумом, він має стати? А також — якби КАУ не виграв конкурсний відбір, чи створювали б ви цей центр?
— Ми його і так створювали, а це фінансування допомагає прискорити роботу.
В ідеї проєкту чітко прописано, що центр працюватиме в Україні, і вчені мають більшу частину часу проводити тут. Українсько-німецька лабораторія для пошуку нових квантових матеріалів буде створена в Україні, ми вже почали цю роботу. Лабораторія працюватиме «тут і зараз», не чекаючи закінчення війни.
У найближчому майбутньому ми плануємо створити й центр користування експериментальним обладнанням, і ключову лабораторію.
Для нас важливо запустити ланцюгову реакцію «конденсації» людей, ідей і досліджень. Бо що таке центр конденсації у кристалі? Кристал на порожньому місці не виросте, щоб він ріс, якраз і потрібні центри конденсації.
Розпитувала Світлана ГАЛАТА
Фото Григорія БОБА та з сайту університету. На фото: Олександр Кордюк і його заступниця Олександра Антонюк; дослідник Володимир Безгуба та аспірант IFW Dresden працюють з фотоемісійним спектрометром; директор КАУ проводить відкритий урок в одному з ліцеїв; один з Днів науки, який КАУ допоміг організувати спільно з Unit.City; піч для вирощування монокристалів.
Читайте також: