Комментарий работ победителей конкурса Казанской премии им. Е.К. Завойского в области физики и ее приложений 2017 года.
Лауреатами стали Нияз Бейсенгулов (кафедра общей физики, центр квантовых технологий ИФ КФ, научный руководитель проф. Д.А. Таюрский) и Андрей Камашев, лаборатория проблем сверхпроводимости и спинтроники КФТИ КазНЦ РАН, научный руководитель проф. И.А. Гарифуллин). Оба выпускники ИФ КФУ, к.ф.-м.н.
Дипломом 2 степени в специальной номинации: «За прикладные применения физики» награжден Амир Сулимов, кафедра радиофизики ИФ КФУ, выпускник КФУ, к.ф.-м.н, научный руководитель проф. О.Н.Шерстюков.
Дипломом 3 степени награжден Дмитрий Блохин, кафедра медицинской физики, лаб. ЯМР спектроскопии высокого разрешения ИФ КФУ, выпускник КФУ, к.ф.- м. н., научный руководитель проф. В.В. Клочков.
Краткое описание представленных на конкурс работ.
Работа Н. Бейсенгулова.
Исследования квантовых явлений на мезоскопических масштабах (квантовые точки, кубиты и др.) находятся в самой передовой области исследований в современной физике конденсированного состояния. Вследствие чего существует живая конкуренция между различными подходами в этих исследованиях (сверхпроводящий кубит, полупроводниковые квантовые точки и др.). Поверхностные электроны обладают уникальными свойствами в мезоскопических масштабах и могут привнести новые идеи и новые технологии в эту область.
В этой работе решается важная технологическая задача - управление электронами на поверхности жидкого гелия. Известно, что классические компьютеры работают на транзисторах, там есть эффект поля. С помощью электрического поля можно управлять током. Достижение этой работы состоит в том, что разработан аналогичный эффект поля – умение управлять потоком электронов, локализованных над гелием. Кроме этого, показана возможность кристаллизации - двумерного кристалла, образование цепочек электронов и т.д. Это создает новое представление о движении кристалла, с сопровождающимися фазовыми переходами и т.д.
Работа А. Камашева.
Вскоре после обнаружения триплетной сверхпроводимости в структуре сверхпроводящего спинового клапана CoOx/Fe1/Cu/Fe2/Pb было обнаружено, что сверхпроводящие свойства образцов деградируют в течение недели, Было установлено, что слой меди, введенный в границу раздела Fe2/Pb позволяет преодолеть этот недостаток. Далее с целью улучшения функциональных свойств спинового клапана в качестве ферромагнитного слоя вместо железа был использован пермаллой (Py=Ni0.81Fe0.19). Оптимизация параметров этой структуры позволила продемонстрировать полное переключение между нормальным и сверхпроводящим состояниями. Экспериментально установлено, что использование сплава Гейслера, напылённого при температуре подложки Tsub = 300 К, в качестве ферромагнитного слоя Ф2 позволяет добиться рекордных характеристик устройства. Помимо этого, результаты, полученные в ходе данной работе, указывают на возможность генерации спин-поляризованного тока в сверхпроводящем слое структур Ф1/Ф2/C, что является важнейшей задачей для нужд современной спинтроники, так как это позволит увеличить быстродействие устройств в несколько раз.
Работа А. Сулимова.
Для создания в двух пунктах связи (А и В) секретных ключей шифрования предложено использовать непредсказуемость траектории распространения сигнала от передатчика к приемнику. Пункт А излучает сигнал, который, распространяясь через канал связи с заранее непредсказуемыми характеристиками, фиксирует в своей структуре канальную случайность. Пункт В при приеме оцифровывает полученный сигнал и преобразует его в последовательность случайных чисел. Регистрируя ответный сигнал, прошедший через канал в обратном направлении, пункт А извлекает из него такую же последовательность случайных чисел. Созданные пунктами А и В идентичные копии случайной последовательности использованы для шифрования и дешифрования информации. Благодаря непрерывной изменчивости канала связи, пункты могут повторять обмен сигналами и извлекать из них обновленные ключи. Технология реализована в специальных системах метеорной радиосвязи, а также может быть реализована в общедоступных системах мобильной связи.
Работа Д. Блохина
Работа Д. Блохина выполнена в области приложения спектроскопии ЯМР высокого разрешения к решению определенного класса задач структурной биологии. А именно, разработке способа определения пространственной структуры олигопептидов – коротких фрагментов (до 1,5 килодальтон) протеинов, предопределяющей их биологическая активность. Изучение конформаций олигопептидов также важно, так как они являются структурными блоками полипептидов, и знание их строения может быть использовано для предсказания конфигурации цепей белков. Поскольку большая часть биохимических процессов протекает на поверхности мембраны клетки, то описание пространственного строения комплекса олигопептид – поверхность мембраны, равно как и строения олигопептида в комплексе, позволяет понять механизм протекающих на поверхности клеток биохимических процессов. Первым шагом к определению пространственной структуры является определение межъядерных расстояний. Для больших молекул (здесь молекулярное движение медленное в шкале ЯМР) широко используется метод двумерной спектроскопии, основанный на эффекте Оверхаузера. Но он неприменим при изучении низкомолекулярных соединений, тепловое движение которых в растворе быстрое в шкале ЯМР. Суть предложенного метода заключается в том, что создаются такие молекулярные системы, где низкомолекулярные соединения (олигопептиды) образуют комплекс с мицеллами поверхностно-активных веществ, и далее осуществляется модификация общепринятого метода двумерной спектроскопии ЯМР, основанного на эффекте Оверхаузера. Используя предложенный подход впервые были определены пространственные структуры таких малых пептидов, как фрагменты пептида РАР248-286 (отвечающего за усиление инфекционной активности ВИЧ), фибринопептид Б GluFib и пептиды-ингибиторы фибриногена (cRGDFK, γC-12) (участвующего в процессе тромбообразования) и другие.
Зам. председателя экспертного совета конкурса «Казанской премии им. Е.К. Завойского для молодых ученых в области физики и ее применений»
проф. А.В. Аганов