Алексей Мацынин: «Мы перешли некую грань, где физика начинает работать по-другому»

Отметим, что Алексей Александрович учился в СибГУ им. Решетнева на кафедре технической физики, впоследствии кандидатом физических наук в Институте физики СО РАН. В настоящее время учёный занимается преимущественно научной деятельностью, с сентября этого года также начнёт преподавать студентам профильную физику в СибГУ им. Решетнева.

- Алексей Александрович, расскажите, почему Вы решили работать именно в данном направлении?

- Тема очень плодотворная и перспективная. Мы знаем, что электроника постоянно совершенствуется. Если сначала это были огромные и однонаправленные вычислительные механические машины, то затем их заменила электроника, построенная на лампах. Сейчас всё работает на транзисторах – грубо говоря, это компонент, который заставляет технику работать. Со временем для усиления мощности приборовколичество транзисторов всё увеличивали, чтобы техника работала быстрее; но в то же время размер транзисторов надо уменьшать, иначе те же компьютеры были бы просто огромными. В какой-то момент мы перешли некую грань, где физика начинает работать по-другому: это плёнки. Если раньше хороший компьютер мог занимать всю комнату, то сейчас даже маленький фитнес-браслет мощнее разработок того времени.

- И так мы перешли к плёнкам? Что это такое?

- По сути это двухмерный объект: у них очень маленькая толщина, не более 10 тысяч атомов (для сравнения – в современных телефонах 1 транзистор имеет размерность 70 атомов). Почему переходим к пленкам? Имеющиеся сейчас размеры транзисторов – это предел; дальнейшее уменьшение стоит очень больших денег. Дело в том, что основа для всей электроники, которую мы знаем, была изобретена 60-70 лет назад. Мы просто уменьшаем транзисторы и увеличиваем их количество, но есть границы: по размеру и по тепловыделению. Простой пример – чем мощнее компьютер, тем сильнее он нагревается.

- Тогда как может в дальнейшем сложиться будущее электроники?

- В научных кругах сложилось множество путей развития данной проблемы. Ей занимаются биологи, биофизики и физики. В физике развивается три перспективных направления: первый – квантовые компьютеры, но они не годятся для обычного использования. Второй – фотоника (в качестве сигнала используется импульс света), но тут возникают проблемы с материалами и источниками света. Третий – спинтроника, это путь, который выбрал я. Сейчас, когда Вы нажимаете клавишу, в процессор поступает импульс из множества электронов – это и влияет на перегрев техники из-за электрического сопротивления. В третьем пути развития импульс задаёт, грубо говоря, один электрон, что гораздо эффективнее и менее энергозатратно.

- А в чём конкретно заключается Ваша работа?

- Я изучаю соединение GeО/Mn (моноокись германия и марганца), то, какие процессы могут проходить в нём, его магнитные свойства и твердофазные реакции между этими элементами. Например, сейчас мы работаем над предельной температурой, при которой соединение может работать – смогли увеличить её с 27 градусов Цельсия до 100. Для примера, такой же температурный предел у современного компьютера. Мы улучшаем свойства материала, пытаемся получить нестандартные характеристики, изучаем его.

- Где в дальнейшем можно будет применить такое соединение?

- Как вариант – в элементе той же спинтроники, его можно будет использовать как деталь нового элементапроцессора. Разумеется, до конечного продукта ещё далеко, и соединение GeО/Mn – лишь один из множества вариантов. Однако, если заглянуть в будущее, то новая разработка даст гораздо большую мощность при меньших затратах. Это по всем параметрам будет на порядок выше, чем современная электроника: быстрый процессор, меньшее энергопотребление, больше памяти. В перспективе старая технология создания электроники будет вовсе вымещена с рынка: она уже практически подошла к своему пределу мощности. Однако пока нынешние производители процессов не выжмут всё из существующих технологий, на рынок пробиться будет тяжело.

- Выходит, что Вы трудитесь над маленькой частью целого?

- Да. Мне нужно сделать небольшой элемент, часть будущего транзистора или другого электронного элемента. Возможно, свойства именно моего материала понадобятся в новых разработках, и его возьмут и будут использовать. Это процесс небыстрый. Много кто исследует соединение GeО/Mn, и получает разные свойства: у всех свои плюсы и минусы. Время покажет, что будет выгоднее.

- Каких интересных результатов Вы добились при изучении соединения?

- Мы проводим твердофазные химические реакции между двумя твердыми телами. В природе такое проходит за тысячи лет, а у нас – за минуты, поскольку мы работаем с очень тонким пленками, где действует другая химия и физика. Удивительное открытие уже было: нам даже не поверили и сказали, что мы сфальсифицировали результат. Дело в том, что с помощью добавления других элементов мы достигли невзаимной диффузии (в классической химии вещества смешиваются взаимно). Это может показаться мелочью, но на деле мы опровергли базовый закон химии. Исходя из этого, можно сделать ещё много удивительных открытий.

- Сколько человек трудится над исследованием? С какими проблемами вы сталкивались при работе?

- В команде 9 человек. Сама тема - моя, идея и экспериментальная часть тоже. Я не могу делать всё один: кто-то работает с микроскопом, кто-то пишет статью, кто-то строит графики и так далее. Проблемы? Основная в том, что научное оборудование очень дорогое. Например, микроскоп, который нужен нам в данном исследовании, на весь институт только один. Надо подождать очередь, пока сделают снимок моего образца, это всё занимает много времени. Также есть устаревшее оборудование: соответственно, сделать на нем можно далеко не все. Наука – очень интересная сфера, но за каждым открытием стоят время и большие средства, которые помогли ему появиться на свет.