Изучение тайн материи для создания технологий будущего

В нынешнем учебном году в Институте лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ, а именно, на кафедре Физики твердого тела и наносистем, появится новая образовательная программа – точнее две одноименных программы для бакалавриата и магистратуры. Называются они «Физика и инжиниринг новых материалов».

В лаборатории кафедры Физики твердого тела и наносистем

Прежде всего, данный учебный курс готовит специалистов по науке, которая еще в недавние времена называлась физикой твердого тела, а ныне носит название «физика конденсированных сред». Фундаментальное знание этого раздела физики позволяет будущим исследователям открывать и изучать свойства веществ, которые не встретишь в повседневной жизни. Если фантастика, по словам литературоведов, показывает нам необычных героев в необычных обстоятельствах, то – почти по аналогии – изучающие новые материалы пытаются понять закономерности поведения необычных веществ в необычных условиях – например при очень низких температурах.

Параллельно фундаментальному курсу физики конденсированных сред учащиеся проходят учебные курсы, посвященные отдельным, наиболее перспективным с точки зрения развития технологий и инновационных материалов физическим явлениям – таким, как полупроводники, магнетизм и сверхпроводимость. Серьезное внимание уделяется синхротронным и нейтронным исследованиям - структурным методам изучения материалов.

Обратим внимание, что некоторые считающиеся очень важными для технологий будущего физические процессы протекают при сверхнизких температурах – и сверхпроводимость и столь модные сегодня квантовые компьютеры требуют «космического» холода. Именно поэтому в состав образовательной программы включен курс по основам конструирования низкотемпературных устройств, и в качестве курсового проекта студенты должны будут разработать собственную конструкцию подобного устройства. И еще по поводу сверхпроводимости: внедрение в энергетику технологий сверхпроводимости считается одним из перспективных направлений развития этой отрасли. В НИЯУ МИФИ работают над этой темой в частности идет разработка нового накопителя энергии на сверхпроводниках. Именно поэтому в состав образовательной программы также включен курс по сверхпроводниковой энергетике.

Изучение новых свойств веществ в современной науки, происходит двумя путями - через лабораторные эксперименты и через компьютерное моделирование различными современными методами. Соответственно, студентам предстоит большой лабораторный практикум - для овладения практическими навыками экспериментальной физики - а также изучение основ прикладной математики и численному моделированию. Поскольку будущим исследователям предстоят рассчитывать, что происходит в глубинах вещества, студенты изучают численные методы расчетов в физических задачах, методы обработки данных и основы некоторых языков программирования (в том числе Python).

Одна из задач, стоящих перед ученым, работающим в физической лаборатории, заключается в том, чтобы превратить разные нужные для эксперимента измерительные и прочие приборы в единую, взаимосвязанную систему. Пример самой элементарной проблемы такого типа, которую нужно решить экспериментатору - вывести показания измерительного прибора (например, вольтметра) на экран компьютера. Решать эти задачи студентов будут учить в рамках учебного курса «Основы компьютерного проектирования и автоматизации эксперимента». В развитие этой дисциплины в университете в этом году будет создан новый лабораторный практикум, организация которого поддержана программой развития "Приоритет2030".  Но это не единственные направления, которые поддержаны программой Приоритет2030. Уже два года успешно реализовывается проект «Новые способы передачи и накопления энергии: Сверхпроводниковый энергетический кластер», а также теоретический проект «Квантовая инженерия сильно коррелированных систем».​

Бакалавриат и магистратура по программе «Физика и инжиниринг новых материалов» в принципе являются единым, сквозным учебным курсом, однако в магистратуру могут быть приняты и студенты-физики, закончившие бакалавриат по другим специальностям, в том числе из других вузов.

Хотя образовательная программа, о которой мы рассказываем, в нынешнем виде появится только в этом учебном году, но можно не сомневаться, что его выпускники будут востребованы - поскольку существует большой спрос на студентов выпускающей кафедры физики твердого тела и наносистем. Главными потенциальными работодателями являются академические и ведомственные научно-исследовательские центры, где выпускникам предстоит и открывать новые материалы, и изучать их свойства – в частности, решая, какие из новооткрытых свойств могут быть использованы на практике.