Анна Александровна Радковская, поздравляем!

В канун международного женского дня редакция «Советского физика», возобновляя рубрику о женщинах физического факультета, взяла интервью у доцента кафедры магнетизма Анны Александровны Радковской.

Анна Александровна выпускница физического факультета (1991), кандидат наук (1994), с 1994 года ассистент, а с 2000 года доцент кафедры физики магнетизма. С 2002 года ученый секретарь кафедры физики магнетизма.

Анна Александровна сама считает себя очень везучим человеком — в коллективе единомышленников она занимается любимым делом, у нее есть ученики и международное признание, она прошла замечательную школу физического факультета, на который пришла по стопам своего отца, здесь же познакомилась со своим будущим мужем, с которым они воспитывают сегодня троих детей.

Анна Александровна очень увлеченный своим делом человек. И наше интервью получилось полное подробностей, надеемся нескучных, о новых развивающихся областях физики.

Уже осенью первого курса молодая студентка определилась в своем выборе и пришла на кафедру магнетизма с желанием начать научную работу. Ничего ответственного неопытному тогда еще дарованию, конечно, поручить не могли, но сотрудники кафедры оценили ее пыл и решили дать шанс. Дать шанс пройти испытание. Анна Александровна смеется: были в ее жизни и четырехмесячное ежедневное перепаивание плат, как оказалось потом тренировочное, и поиск ошибки в программе автоматизации установки, написанной в машинных кодах, и много еще кропотливого труда, прежде чем на втором курсе, беспрецедентно рано, в лаборатории Николая Ивановича Шпинькова она была допущена к измерениям на установке. О своем первом научном руководителе Анна Александровна вспоминает с благоговением, как об ученом и как о человеке. Николай Иванович Шпиньков не только обладал выдающимся научным талантом, но был еще и кристально порядочным человеком. В коллективе, главой которого он был, царило крайне доброжелательное отношение к студентам и между коллегами и при этом жесточайшая самоцензура в том, что касалось научной работы. Этот высочайший уровень был задан на кафедре Евгением Ивановичем Кондорским, Анатолием Владимировичем Ведяевым и поддерживается нынешним заведующим кафедрой Николаем Сергеевичем Перовым. Как отмечает Анна Александровна, эти традиции передаются на кафедре магнетизма из поколения в поколение. Несмотря на многообразие направлений в физике магнитных явлений, практически все группы на кафедре работают вместе, дополняя и обогащая методы и результаты исследования друг друга. Студенты кафедры сразу же включаются в научную работу, перенимая, как в свое время и Анна Александровна, высокие стандарты своих учителей.

В основу дипломной работы Анны Александровны, а затем и ее диссертации, легли исследования структуры аморфных и нанокристаллических микропроводов и тонких пленок. Пионерские результаты были получены благодаря уникальной установке, созданной Н.И. Шпиньковым и Н.С. Перовым, так называемому вибрационному анизометру. Уникальность его заключается в том, что в дополнении к модулю магнитного момента образца, он позволяет измерять его различные проекции, что дает возможность определять структуру намагниченности образца. Для аморфных микропроводов, несмотря на малые размеры, время закалки (охлаждение расплавленного металла жидким азотом со скоростью около 105-108 К/с) все же конечно, что приводит к разности остаточных механических напряжений для внешней и внутренней части микропровода, вызывая, в свою очередь, неоднородное распределения магнитного момента (благодаря явлению магнитострикции). Студенткой Анна Александровна под руководством своих учителей участвовала в разработке модели структуры намагниченности образцов и ее проверке на уникальных приборах, аналогов которым тогда не было в мире! Оказалось, что направления магнитного момента внутри аморфного нанопровода меняется от продольного (вблизи оси провода) до перпендикулярного поверхности (вблизи нее). Такое распределение намагниченности аморфных микропроводов получило название зонтичной и бамбукообразной и признано теперь во всем мире!

В 2003 году Анна Александровна начала работать в области магнитных метаматериалов («мета» (от греч) — «вне», «за пределами»).

Своим возникновением эта область науки обязана советскому физику В.Г. Веселаго, который, исследуя распространение электромагнитных волн в среде, теоретически предсказал существование сред с отрицательным показателем преломления. Как показал Веселаго в работе УФН’67, теория Максвелла в среде приводит к зависимости для показателя преломления следующего вида: n=√ε√μ. Теоретически и экспериментально изученным являлась в тот момент только область ε>0 и µ>0. В средах с одной отрицательной материальной константой э/м волны не распространяются, а веществ с одновременно отрицательными ε и μ в природе не существует. Поэтому идея, что распространение э/м волн в таких средах принципиально возможно, до Веселаго никому не приходила в голову, однако и после публикации его работы скорого развития не получила.

Вообще говоря, свойства таких сред крайне интересны. Во-первых, отрицательность коэффициента преломления приводит к тому, что волновой вектор k противоположен вектору Умова-Пойнтинга S (направлению переноса энергии колебаний), что приводит к тому, что вектора E, H и k образуют левую тройку (такие среды еще называют левыми или в англоязычной литературе left-handed materials (LHM)). Привычные законы распространения э/м волн в такой среде как бы «переворачиваются». Так, например, поскольку фазовая скорость волны противоположна направлению распространения энергии, в такой среде будет наблюдаться обратный допплер-эффект. То же, например, касается и излучения Вавилова-Черенкова.

Также было предсказано, что плоскопараллельная пластина из такого метаматериала может служить идеальной линзой, что позволит в перспективе преодолеть дифракционный предел обычной оптики.

Только в 2001 году Дэвиду Смиту (David Smith) удалось получить среду, в которой впервые было зафиксировано смещение проходящей э/м волны в сторону, соответствующую отрицательному преломлению. Среда эта была набором резонансных элементов двух видов: круговые резонансные контуры с небольшим зазором и металлические стерженьки, размещенные на некотором расстоянии друг от друга. В мега- и гигагерцовом диапазоне (для длин волн ? > 30 см) эти элементы, с характерным размером D=1-2см, можно рассматривать как метаатомы.

Работа на уникальном оборудовании сначала заграницей, в лаборатории Оксфорда, а затем, после создания при ее участии экспериментальной установки, и на нашем физическом факультете, стала новым закономерным этапом в научной карьере А.А. Радковской.

Как оказалось в ходе исследования, такая среда из-за наличия взаимодействия между элементами, является крайне неаддитивной, и ее свойства сильно меняются при изменении расстояния между метаатомами и порядка их следования.

С другой стороны, невероятным преимуществом такой структуры является ее вариативность. Фактически все физические свойства зависят от типа элементов и их порядка, меняя который можно создавать в каждой точке среды заданный показатель преломления. Это позволяет менять направление распространения волны вплоть до ее обращения. На этом свойстве метаматериала основаны надежды по скорейшему созданию трехмерной шапки-невидимки! А можно, например, меняя порядок следования метаатомов, пользуясь твердотельной аналогией, менять «кубическую» структуру на «гранецентрированную» и т.д. Таким образом, создается возможность создавать материал с любыми желаемыми наперед заданными свойствами, фактически выступая метадемиургом! И такой эксперимент уже разработан Анной Александровной и ее коллегами на практикуме, и студенты могут поучаствовать в нем!

«Мне посчастливилось работать в области исследования взаимодействия в магнитных метаматериалах практически с момента ее зарождения,» — говорит Анна Александровна. Были теоретически предсказаны и экспериментально подтверждены многие удивительные факты и явления. Например, аналогия между магнитоиндуктивными волнами и фононами в твердом теле. Оказывается, из-за нелинейного взаимодействия резонаторов, сильное влияние начинают оказывать последовательно возбуждаемые токи в соседних элементах, образующие так называемую магнитоиндуктивную волну, медленную по сравнению с э/м волной. Таким образом, в метаматериалах можно создать расщепление дисперсий магнитоиндуктивных волн (аналог оптической и акустической ветвей фононов в твердом теле). Изучение свойств метасред позволит создавать фильтры и антенны с заданной полосой или несколькими полосами пропускания.

А, например, ГГц диапазоне возникающее неоднородное распределение зарядов и токов в метаатомах приводит не только к магнитному, но и к электрическому их взаимодействию. И это взаимодействие очень чувствительно к взаимной ориентации элементов. А при приближении к ТГц диапазону и далее оптическому диапазону уже необходимо принимать во внимание даже инертную массу электронов. И хотя перспективы создания трехмерной шапки-невидимки в широком спектральном диапазоне пока не столь прозрачны, по дороге к ее созданию было сделано и делается немало интереснейших открытий.

Использование метаметериалов в мегагерцовом диапазоне позволило увеличить соотношение сигнал/шум, что, например, в медицинской технике и в МРТ в частности, помогает сильно сократить время исследования.

Уже есть запатентованные устройства на основе магнитоиндуктивных волн в метаматериалах: портативный магнитоиндуктивный эндоскоп для диагностики рака поджелудочной железы; в Великобритании разработаны маячки, с помощью которых маркируют трубы подземных коммуникаций.

В мегагерцовом диапазоне частот свойства метаматериалов хорошо изучены, и во многом благодаря усилиям наших коллег с кафедры физики магнетизма, и в частности лично Анны Александровны Радковской. Фактически, на основе их исследований создана теория, при помощи которой можно создавать метасреды с заранее заданными свойствами.

Как говорит Анна Александровна: «Когда твои экспериментальные данные ложатся на теоретическую кривую это восторг! Но когда твои экспериментальные данные ложатся на твою теоретическую кривую — это как полный восторг!» Мне, теоретику, это никогда не понять, но я охотно ей верю!

Современная наука невозможна без сотрудничества, как международного, так и, конечно же, внутри кафедры. Анна Александровна рассказывает о том, что ей посчастливилось учиться и потом работать с ведущими специалистами мирового уровня — А.В. Ведяевым, Е.Е. Шалыгиной, Е.А. Ганьшиной, А.Б. Грановским, Н.С. Перовым, В.Н. Прудниковым, и, благодаря широким научным связям кафедры и участию в конференциях, со многими ведущими российскими и зарубежными магнитологами.

В ходе своих исследований Анна Александровна активно сотрудничает и с коллегами с кафедры фотоники и физики микроволн. Это сотрудничество начато еще с Анатолием Петровичем Сухоруковым. При поддержке Анатолия Федоровича Королева и Петра Николаевича Захарова создана экспериментальная установка на базе анализатора спектра фирмы Rohde&Swartz. При поддержке и непосредственном участии Валерия Николаевича Прудникова и других сотрудников кафедры магнетизма создана задача спецпрактикума для студентов, магистров и аспирантов физического факультета. Выполняя эту задачу, они могут ознакомиться с новой областью физики — метаматериалами, и, в частности, понять принцип работы магнитоиндуктивной линзы с разрешающей способностью λ/300, когда на длине волны около 6 м можно локализовать положение источника возбуждения с точностью до 2 см.

Тематика научной работы на кафедре магнетизма настолько новая и интересная, что студенты с удовольствием принимают активное и полноправное участие в исследованиях. За последнее время в группе Анны Александровны защищено 12 курсовых работ, 4 диплома, занявшие призовые места разного уровня, включая премию Министерства образования и науки в 2014 г (Пальванова Г.С.), а в 2015 г первое место на конкурсе бакалаврских работ физфака (Петров П.С.). К сожалению, количество студентов желающих прийти в группу больше, чем возможность принять их. Иногда на втором курсе приходят пять человек и все делают хорошие курсовые работы, но взять всех не получается. Сейчас у Анны Александровны очень сильные и замечательные ребята и работа в группе идет очень активно.

Говоря про жизнь на кафедре магнетизма в целом нельзя не упомянуть «МИСМ» — Moscow International Symposium on Magnetism. Энтузиазм и самоотверженность Николая Сергеевича Перова и Александра Борисовича Грановского при поддержке всей кафедры позволила превратиться небольшому русско-японскому семинару в регулярную международную конференцию высочайшего мирового уровня (конечно, с отдельной секцией, посвященной метаматериалам). Очень радует, что пришедшие на кафедру молодые сотрудники также вкладывают в это дело душу и силы.

Проведенные исследования уже сложились в систему, и мы хотим пожелать Анне Александровне, чтобы в ближайшее время ей удалось представить их в законченном виде. Тем более что главная часть докторской диссертации — оглавление — у нее уже готово!

PS: Анна Александровна Радковская, доцент кафедры магнетизма. Ежегодно читает 4 курса для студентов и аспирантов, ведет занятия в практикуме, опубликовала более 40 статей (HI-11 (Google Scholar)), воспитывает троих детей.

Ст. н.с. Губина Н.В.