Магнонная логика: Саратовский филиал института радиотехники и электроники РАН ведет исследования вместе с лабораториями Японии и США

В этом месяце в Саратове в филиале ИРЭ РАН состоялась традиционная конференция молодых ученых, развивающих самые передовые технологии в области нейронных сетей, физики терагерцевого диапазона и других актуальных направлений.

На плечах гигантов

Когда-то Саратов называли электронным Парижем, и нельзя сказать, что этой репутации город лишился окончательно. Доказательство тому – работа саратовского филиала института радиотехники и электроники Российской академии наук и его ежегодные конференции, где собираются более сотни молодых ученых, чтобы рассказать о своих достижениях в сложнейших сферах науки.

Отметим, что Институт радиотехники и электроники (ИРЭ) Российской академии наук был создан в 1953 году. У истоков стояли выдающиеся ученые в области радиофизики, радиотехники и электроники — основоположник отечественной школы биологической кибернетики и биотехнических систем и технологий, академик АН СССР Аксель Берг, радиофизик, академик АН СССР Борис Введенский, большой авторитет в области радиофизики, радиотехники, электроники, информатики, радиоастрономии и криптографии, создатель теории потенциальной помехоустойчивости, автор теоремы отсчетов, вице-президент АН СССР Владимир Котельников.

Владимир Котельников был открывателем новых направлений, его работы положили начало теории информации, цифровым системам передачи сообщений, управления, кодирования и обработки информации. Он один из создателей системы секретной связи, под его началом осуществлялось создание радиоэлектронной аппаратуры для ракетно-космических программ, получили развитие многие новые направления фундаментальных научных исследований. С его именем связано новое направление в исследовании космоса – планетная радиолокация.

Котельников был одним из руководителей Института радиоэлектроники, а теперь институт по праву носит его имя. Основная задача института, как сообщает его сайт, — фундаментальные исследования в области радиофизики, радиотехники, физической и квантовой электроники, информатики.

У ИРЭ всего три филиала на всю страну – во Фрязино, в Ульяновске и в Саратове. Саратовский филиал был открыт в 1979 году, сейчас его возглавляет доктор физико-математических наук Юрий Филимонов. В филиале трудятся 44 научных сотрудника, в их числе 10 докторов и 32 кандидатов наук.

Среди направлений работы СФ ИРЭ РАН – распространение радиоволн и электродинамика различных сред и структур, статистическая радиофизика, генерация электромагнитных колебаний, нелинейная динамика и динамический хаос, биомедицинская радиоэлектроника и информатика, физика низкоразмерных структур, электроника во всех ее видах: микро- и наноэлектроника, молекулярная, оптическая.

Эти и другие направления развивают 9 лабораторий под командованием докторов и кандидатов физико-математических и технических наук. Есть в филиале и Центр коллективного пользования (ЦКП) «Нанотехнологии, наноматериалы, наноструктуры», который оснащен современным технологическим и аналитическим оборудованием. В стенах ЦКП проводят совместную работу саратовские предприятия, научные организации и вузы.

Эта работа развивается в прямом соответствии с целями и задачами нацпроекта «Наука», призванного обеспечить присутствия РФ среди ведущих стран мира, осуществляющих научные исследования и разработки в областях, определяемых приоритетами научно-технологического развития. Среди таких направлений особую значимость приобретает переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, над которыми и трудятся в ИРЭ РАН.

Загадки и возможности терагерцового диапазона

— Одно из важнейших наших направлений — это изучение свойств и применение электромагнитного излучения терагерцового диапазона, — рассказывает замдиректора СФ ИРЭ РАН по науке кандидат физико-математических наук Денис Фатеев. – Это излучение находится между хорошо изученными микроволнами и инфракрасными волнами и имеет свойства, которые делают его весьма перспективным для применения. Однако работать с терагерцовым диапазоном нелегко, к нему неприменимы ни оптические методы, ни радиофизические, поэтому над проблемой источников, приемников и преобразователей для этого диапазона бьется весь научный мир.

Но у саратовских ученых уже есть бесспорные достижения: в СФ ИРЭ РАН разработаны новые физические принципы детектирования и генерации терагерцового излучения в решетках транзисторных устройств на плазмонном резонансе в двумерном электронном канале. При этом все элементы устройства можно изготовить на одной полупроводниковой подложке в ходе единого технологического цикла.

Легко понять, что изыскания советской, а позже и российской науки в области этого излучения лежали, прежде всего, в сфере ВПК, но есть и масса мирных сфер для применения Т-лучей.

— Это и быстрая передача огромных массивов информации, и медицина, и системы безопасности, — поясняет Денис Фатеев. – Например, Т-лучи хорошо «просвечивают» органы и позволяют диагностировать патологии в ранней стадии, они эффективно сканируют, что очень важно в условиях повышенной угрозы терроризма, так что такие устройства будут незаменимы, к примеру, в аэропортах при досмотре пассажиров и багажа.

Как рассказал «БВ» ученый, в саратовском филиале разработаны конструкции мощных приборов вакуумной электроники ТГц-диапазона для высокоскоростных систем беспроводной передачи данных поколения 5G и выше, систем безопасности и противодействия терроризму, для космической связи, спектроскопии, биомедицинских исследований.

 — Очень перспективны и терагерцовые плазмонные детекторы, обладающие рекордной чувствительностью, основанные на принципах тераплазмоники, использующие свойства плазменных колебаний в полупроводниковых и графеновых периодических наноструктурах, — подчеркивает ученый.

Эти разработки – плод совместного труда одной из лабораторий филиала ИРЭ, Института проблем технологи и микроэлектроники и особо чистых материалов РАН и Исследовательского института электросвязи университета Тохоку, Япония.

Даешь молодежь

На острие науки находятся и работы в области медицины. На счету СФ ИРЭ РАН — результаты исследования механизмов возникновения тремора, которые применяются при лечении этого симптома в Саратовском НИИ кардиологии. А созданный аппаратно-программный комплекс для мониторинга и диагностики состояния сердечно-сосудистой системы даже показали на одном из ведущих федеральных каналов.

Отметим также, что для ламп бегущей волны в институте разработаны экспериментальные образцы экономичных вакуумных электро-люминесцентных источников света и экспериментальные образцы автоэмиссионных катодов на основе углеродных нанотрубок.

Не осталась без внимания ученых добыча полезных ископаемых: в стенах местного филиала ИРЭ РАН созданы новые конструкции устройств акустического контроля, используемые при мониторинге буровых процессов.

— Большой приток идей дают и конференции молодых ученых, — продолжает рассказ Денис Фатеев. – Правда, в этом году из-за пандемии участников было меньше, чем обычно, порядка 80 человек, тогда как в прошлые годы в среднем участвовало 140-150. География широкая – Москва, Санкт-Петербург, Владимир, Таганрог, ряд других городов.

На этот раз гостем конференции стал выходец из России, а ныне представитель Университета Калифорнии, Риверсайд, США профессор Александр Хитун. Он рассказал о совместной разработке с учеными СФ ИРЭ РАН в области магнонной логики.

 — Большая проблема современных компьютеров в том, что во всех циклах передачи и обработки информации в них происходят сильные потери энергии, которая выделяется в виде тепла. Перегрев ухудшает характеристики транзисторов и соединений, из которых в основном состоят процессоры, что замедляет скорость обработки информации, — изложил суть Денис Фадеев. – Но если вместо обычных токов проводимости в транзисторах использовать спиновые токи в магнитных или магнонных устройствах, то проблема решена, потому что при протекании спинового тока его энергия не выделяется в виде тепла, а это очень важно, например, для дата-центров.

Все мы помним, в какой страшную пропасть рухнули структуры РАН в 90-ые годы. Сегодня картина иная, да и нацпроект «Наука» показывает, что власть осознала ситуацию и стремится вернуть место России на мировой арене. Но искажения и диспропорции сегодняшнего дня исправить не так-то просто.

 — Зарплаты ученых в бюджетном учреждении не могут конкурировать с зарплатами программистов, хотя с учетом грантов ученый тоже может нормально зарабатывать, — описывает картину Денис Фадеев. — Талантливая молодежь часто делает выбор в пользу Гугла, Яндекса и других IT-компаний, уходит в робототехнику. Много талантливых выпускников школ уезжают в Москву и Санкт-Петербург, до саратовских вузов добираются единицы. Из этих единиц мы пытаемся затащить к нам хоть какой-то процент.

Тем не менее, интеллектуальный поиск не угасает. В институте отмечают, что  нацпроект «Наука» благотворно сказывается на развитии важнейшей сферы, нацеливает на завоевание ведущих позиций в научном мире. Свою способность достойно выглядеть на мировой арене СФ ИРЭ РАН доказал уже не раз — членом-корреспондентом РАН, заслуженным деятелем науки РФ, экс-ректором СГУ Дмитрием Трубецковым.

Высокая традиция живет под эгидой Института физики СГУ, востребованы  уникальные мощности Центра коллективного пользования, не прервалась связующая нить науки и прорывных технологий. Будем верить, что национальный проект «Наука» еще больше укрепит эту связь и Саратов сможет стать если не электронным Парижем, то хотя бы его предместьем.

.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.