Академик В.В. Устинов, экспериментирующий теоретик

Директор Института физики металлов Владимир Васильевич Устинов избран на майском общем собрании РАН действительным членом Академии по самой престижной ныне специальности «физика наноструктур, нанотехнологии» (Отделение нанотехнологий и информационных технологий). Основное направление исследований уральского ученого — электронный и спиновый транспорт в металлических магнитных наноструктурах. Построенная им теория спин-транспортных явлений в магнитных металлических сверхрешетках с гигантским магнитосопротивлением послужила основой становления и успешного развития в России новой области физической кинетики — спинтроники. По инициативе В.В. Устинова в ИФМ разработана передовая технология получения перспективных для наноэлектроники и интересных с точки зрения фундаментальной физики материалов нового класса — магнитных наноматериалов . Впрочем, в те времена, когда Владимир Васильевич начинал свою научную карьеру, никто не употреблял ни слов с приставкой нано-, ни понятия «спинтроника».


 

   — Склонность к занятиям наукой формируется обычно в достаточно раннем возрасте. Вы определились с будущей профессией еще в школе?

   — В общем, да. Можно сказать, я реализовал свою юношескую мечту стать физиком, хотя объективно имел также все задатки, чтобы заняться математикой. В нижнетагильской средней школе №5, которую я окончил в 1966 году, был замечательный учитель математики, которого ученики меж собой звали Пифагором. Он умел показать нам совершенство и красоту математических построений, прививал настоящую математическую культуру. В память об увлечении математикой у меня осталась книга «Элементы фукционального анализа», подписанная заместителем директора Математического института им. В.А. Стеклова АН СССР по Свердловскому отделению, профессором Сергеем Борисовичем Стечкиным. Книжку эту я получил как победитель Свердловской областной математической олимпиады в 1966 году. Интерес к самой точной из наук трансформировался в мечту о занятиях физикой — теоретической физикой, которая изучает глубинное устройство мироздания, касается мировоззренческих вопросов.

   Окончив школу с серебряной медалью, я попытался поступить в МИФИ, однако конкурс не прошел: иногородним абитуриентам, претендующим на место в общежитии, необходимо было сдать все экзамены на «отлично», а у меня была одна «четверка». В результате поступил на физфак Уральского госуниверситета. Моим первым научным руководителем стал Павел Степанович Зырянов — прекрасный ученый и светлой души человек. Он был заведующим лабораторией кинетических явлений в ИФМ и преподавал в университете — читал нам курс электродинамики. Еще на втором курсе я получил от него предложение начать заниматься научной работой в его лаборатории, что и определило мою научную судьбу. После окончания университета я получил направление для поступления в аспирантуру Института физики металлов. Конкуренция там была очень жесткая — пять человек на место, все с «красными» дипломами. Директор Михаил Николаевич Михеев оказался перед трудным выбором, однако принял всех. Павел Степанович Зырянов, к которому я поступил в аспирантуру, трагически погиб в 1974 году, и моим научным руководителем стал его ученик — Всеволод Игоревич Окулов. Именно в соавторстве с ним появились мои первые научные публикации. В лаборатории кинетических явлений я изучал влияние поверхностного рассеяния электронов проводимости на электромагнитные свойства металлов. Этому была посвящена моя кандидатская диссертация.
 

— Как вы пришли к исследованию объектов, которые сейчас называются наноструктурами?
 

— Работу в лаборатории кинетических явлений по изучению свойств тонких металлических пленок методами электронного спинового резонанса можно с полным на то основанием считать первым этапом моих исследований по нанотематике. Сверхтонкие металлические пленки — типичные наноструктуры, однако тогда, в 1970-е, это модное словечко совсем не употребляли. Этот этап имеет и еще один важный аспект. Начиная свою научную работу как физик-теоретик, в лаборатории кинетических явлений я прошел хорошую школу совместной работы с физиками-экспериментаторами.
 

После защиты докторской диссертации в 1986 году я стал заведовать лабораторией электрических явлений ИФМ. К этому времени был сформирован существенный задел по исследованиям спин-зависящих релаксационных явлений в металлических пленках магнитными резонансными методами, а также по изучению размерных эффектов в транспортных свойствах металлических тонких пленок. Работа на стыке этих двух направлений открывала возможности для появления новых идей и сулила интересные результаты. Я заинтересовался исследованиями многослойных магнитных систем, которые были инициированы открытием в 1988 году наноструктур, обладающих гигантским магнитосопротивлением. Анализ ситуации позволил предугадать, что у этой области физической науки большое будущее. Полупроводниковые наноструктуры уже тогда изучались в ведущих российских научных центрах, прежде всего в Санкт-Петербурге, в Физико-техническом институте, и Новосибирске, в Институте физики полупроводников. Нас же интересовали металлические магнитные наноструктуры, их уникальные магнитотранспортные свойства. Именно тогда были заложены основы новой науки — металлической спинтроники.
 

— Что такое электроника, примерно знают все. А вот термин «спинтроника» требует пояснения.
 

— Электроника основана на принципе управления движением электронных зарядов с помощью электрического поля. Но помимо заряда у электрона есть другая важнейшая характеристика — спин. Спином можно управлять с помощью магнитного поля. Соответственно спинтроника — управление движением электронов с помощью магнитного поля. Последнее может создаваться внешними источниками, а также внутренними магнитными взаимодействиями при наличии магнитного упорядочения в наноструктурах. Гигантское магнитосопротивление в наноструктурах, о котором шла речь выше, — это проявление спинтронных эффектов.
 

Получение сверхтонких многослойных систем требовало применения современных сверхвысоковакуумных технологий, а это дорогое удовольствие. Для наших исследований была необходима установка молекулярно-лучевой эпитаксии. Аббревиатуру английского названия технологии — MBЕ (Molecular Beam Epitaxy) физики расшифровывали и другим образом: MBE — от «Many Bucks Epitaxy» — «многобаксовая эпитаксия», потому что стоила соответствующая установка около миллиона долларов. Тогда, в начале 1990-х, никто не считал развитие нанотехнологий национальным приоритетом, исследования нанообъектов особо не приветствовались. Поэтому было непросто убедить руководство института выделить деньги на покупку супердорогого оборудования. Но и работать без него было невозможно.
 

— Как вы решили эту проблему?
 

— Вопрос обсуждался на заседании Ученого совета института в 1989 году. Состоялась жаркая дискуссия о том, надо открывать и поддерживать в ИФМ это новое направление или нет. Некоторые мои коллеги настаивали, что на Урале следует развивать традиционную науку о металлах, ориентированную на нужды металлургической отрасли. А вот академик Сергей Васильевич Вонсовский горячо поддержал нашу инициативу. Все же решили развивать исследования магнитных наноструктур. И, как выяснилось впоследствии, принятое решение было мудрым. Благодаря этому сегодня мы работаем на переднем крае физической науки, не уступая зарубежным коллегам.
 

Впрочем, решение Ученого совета о перспективности наших исследований открывало не более чем возможность для их развития. Реально приобрести установку нам помог Геннадий Андреевич Месяц, тогда председатель Уральского отделения Академии наук. Установку нам изготовили в Новосибирске, в Институте физики полупроводников. И уже через полгода после того ученого совета она была доставлена в институт. Мы начали осваивать методику получения сверхтонких, состоящих всего из нескольких атомных слоев, объектов. Работа в новом пространственном масштабе потребовала решения массы проблем. Но в результате мы научились создавать уникальные магнитные наноматериалы. Например, делать магнитные сверхрешетки, в которых взаимная ориентация магнитных моментов слоев управляется в широких пределах технологическими условиями, тогда как первоначально эффект гигантского магнитосопротивления был обнаружен в наноструктурах, где возможно только антипараллельное упорядочение слоев.
 

— Ваши фундаментальные результаты имеют перспективу практических приложений. Назовите, пожалуйста, несколько последних разработок.
 

— На основе магнитно-неколлинеарных сверхрешеток с гигантским линейным магнитосопротивлением созданы широкодиапазонные магниторезистивные датчики магнитного поля. Многопозиционные спиновые клапаны могут использоваться в устройствах для обработки информации методами комплексной логики. На базе гибридных наногетероструктур из ферромагнитных металлов и немагнитных полупроводников создан спин-инжекционный мазер с накачкой поляризованными электронами проводимости, который перестраивается по длине волны магнитным полем и работает в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах.
 

— Вы начинали как физик-теоретик, а сейчас вы преимущественно теоретик или экспериментатор?
 

— «Дрейф» от занятий физикой теоретической к физике экспериментальной, начавшийся еще в лаборатории кинетических явлений, привел меня к «стиранию граней» между этими видами научной деятельности. Постановка новых экспериментальных работ требовала дополнить владение математическим аппаратом теории твердого тела детальным знанием низкотемпературного эксперимента, особенностей магнитных резонансных методов и современных сверхвысоковакуумных технологий получения наноструктур. Так что, если навешивать таблички, то меня с равными основаниями можно назвать и экспериментирующим теоретиком, и теоретизирующим экспериментатором. Но, конечно, в экспериментальной деятельности ничего не удалось бы сделать без участия моих коллег — Лазаря Николаевича Ромашева, Михаила Анатольевича Миляева, Николая Альфредовича Виглина.
 

— Естественный вопрос ученому, сочетающему интенсивную научную деятельность с директорскими обязанностями: как находите время для того и другого?
 

— Институт физики металлов — самый большой в Уральском отделении и один из крупнейших в Академии. Роль директора здесь заключается не столько в том, чтобы развивать свое научное направление, сколько в обеспечении эффективной работы сложившихся научных школ. Наш институт никогда не был «монархическим», и никто из его директоров не претендовал на научное лидерство по отношению ко всему институту. Поэтому административная деятельность занимает значительную часть рабочего дня, и в лаборатории не удается проводить столько времени, сколько хотелось бы. Научной работой я много занимаюсь дома вечерами, часто допоздна — пишу статьи, доклады, сам готовлю презентации, бывает, в последний момент. По-другому не получается.
 

— Прогнозы — дело рискованное, и все же: какой вы видите физику в XXI веке?
 

— Я неоднократно говорил о том, что весьма скептически отношусь к сегодняшнему «нанобуму», хотя, казалось бы, это странно по отношению к той области науки, которой сам занимаюсь. Завышенные ожидания часто оказываются обманутыми. В свое время огромные надежды возлагались на термоядерный синтез, но конкретные результаты получены не были, и это направление утратило популярность.
 

Вполне естественно, что периодически та или иная отрасль науки привлекает повышенное внимание. Более того, это хорошо, поскольку вызывает оживление в науке в целом, появляется некая точка роста, за которой тянутся другие направления. Важно, чтобы финансирование приоритетных областей не отвлекало на себя все средства.
 

Очевидно, что в ближайшей перспективе будут бурно развиваться информационные технологии на новой элементной базе, в том числе спинтронные. Вероятно, кстати, продвижение и в области термоядерного синтеза, хотя конкретные сроки построения коммерческого реактора назвать не сможет никто. В целом же, как вы верно заметили, предвидение — вещь неблагодарная. Поживем — увидим.
 

Беседовала Е. ПОНИЗОВКИНА
Фото С. НОВИКОВА