Чем лучше мы понимаем физические явления и свойства материалов, тем более эффективно можем их использовать

Наш следующий собеседник — профессор Жандос Утегулов, ученый, стоявший у истоков формирования кафедры физики НУ. В интервью профессор рассказал о своей работе в США, вспомнил как создавался факультет физики и объяснил свой интерес к лазерам и их приложениям для материаловедения и оптической сенсорики. 

Расскажите о вашем бэкграунде, где вы учились и чем занимались до Назарбаев Университета?

Родился и вырос в г. Алматы, в семье ученых и вузовских преподавателей. Учился в РФМШ. У нас в физмате были замечательные учителя по физико-математическим дисциплинам и радиоэлектронике, которые в большей степени и сформировали мой дальнейший интерес к точным наукам, в частности к прикладной физике. Во время учебы на физическом факультете КазНУ им. аль-Фараби я специализировался в области физики твердых тел и полупроводников. На тот период  мне посчастливилось проработать в лаборатории полупроводниковой оптоэлектроники проф. Таурбаева Токтара Искатаевича, который еще далее поспособствовал формированию моего научного интереса к физике твердых тел. Закончив с отличием КазНУ я поступил в университет штата Оклахомы в Америке, где учился в магистратуре по фотонике и  на PhD  по физике твердого тела и лазерной спектроскопии. В США у меня появился интерес к лазерам, к оптике и применению лазерных методов для изучения свойств различных материалов, то, что я называю сейчас “лазерное материаловедение”. После получения PhD я проработал в этой области научным сотрудником в различных университетах и национальных лабораториях США: Университете Цинциннати, Национальном Институте Стандартов и Технологий в Колорадо, Университете Небраски и в Айдахской Национальной Лаборатории. 

Следует отметить что в США наука, достигнув небывалых высот, представлялась мне “большим механизмом” в котором отдельный ученый, даже с большим именем, является “небольшим болтом” в этом сложном механизме. В Казахстане же, имея опыт работы в США, я чувствовал что могу внести намного больше вклад, посколько ученых с западным опытом здесь было не так много и казахстанская наука вместе с методами ее управления нуждалась в серьезной реформе. В 2010-м году я узнал про открытие в Астане Назарбаев Университета — первого в Казахстане международного исследовательского университета абсолютно нового формата, не имевшего места ранее в истории нашей страны. Меня сильно мотивировала идея реализовать новые научные идеи, и что немаловажно — быть непосредственным участником формирования новой научной культуры и подготовки новых специалистов и ученых в области физики у себя на родине. В 2011 году, получив приглашение на профессорскую позицию в НУ, я решил с семьей переехать в Казахстан. Помимо нового импульса в профессиональной карьере, понимание того, что мои дети, родившиеся в Америке и в совершенстве знающие английский язык, теперь смогут учиться на казахском и русском языках, придавало мне дополнительный культурно-цивилизационный смысл нашего переезда в Казахстан. Я приступил к своим обязанностям в НУ начиная с августа 2011-го года, как раз с момента приема самых первых студентов-первокурсников в новообразовавшемся университете в Астане. 

Расскажите теперь пожалуйста, про основание физического факультета. Ведь одно дело приехать и преподавать, а совсем другое — создавать что-то с основ.

2011-й год. Это было по сути время вдохновений и перемен. Каждый день, каждую неделю что-то новое. Все создавалось на моих глазах: новый университет в новой столице, новые местные студенты и новые преподаватели (приехавшие в основном из-за рубежа), новые учебные корпуса и общежития, новые учебные и исследовательские лаборатории. Свою работу в НУ я начал на кафедре физики, в Школе наук и технологий. В самом начале нас было всего 4 профессора на кафедре. Это была пора, когда буквально с нуля нужно было создавать новые учебные программы международного уровня, закупать новейшую научную и учебную литературу, проектировать помещения как под учебные, так и под исследовательские лаборатории и оснащать их соответствующим оборудованием. Помимо ведения научной и преподавательской деятельности, мы вынуждены были немалое время и усилия посвятить административной деятельности в период становления нового университета. Вне НУ, государственные органы непосредственно участвовавшие в реформировании высшего образования и науки в Казахстане зачастую обращались к нам, к профессорам НУ за полезными рекомендациями по реформированию и управлению наукой в стране. Это придавало дополнительный стимул, важность и смысл того, чем мы занимаемся. 

Поскольку в Казахстане практически не было научной и учебной литературы на английском языке, и не производились учебное и исследовательское оборудования, программные обеспечения и расходные материалы, подавляющее количество всего этого необходимо было закупать из стран дальнего зарубежья, а соответственно для их закупок необходимо было составлять всю необходимую техническую спецификацию на английском языке, в чем нам сильно помогли наши молодые лабораторные ассистенты — ребята, завершившие бакалавриат и магистратуру по техническим специальностям за рубежом в рамках стипендии Болашак. Эти молодые ребята, помимо своей основной преподавательско-ассистентской нагрузки, занимались документационным оборотом, связанным с закупом как учебного, так и научного оборудования. Закупленное оборудование необходимо было тестировать и адаптировать под учебные и исследовательские процессы, составлять учебные методички. Процесс длительный, но он нас вдохновлял, потому что мы чувствовали себя пионерами вносящими посильный вклад в развитие науки и образования. Мне было это особенно приятно, потому что я чувствовал, что делаю что-то полезное для своего общества, для своей страны. Многие в Казахстане ожидали от НУ большой прорыв, что безусловно накладывало большую ответственность на нас перед страной, университетом и студентами. 

Теперь, спустя 10 лет, профессорско-преподавательский состав вместе с пост-докторантами нашей кафедры физики уже достиг 20 человек, успешно работающих в различных областях экспериментальной, вычислительной и теоретической физики решающих как фундаментальные, так и в прикладные задачи. Практически у каждого из наших профессоров есть по нескольку выигранных научных внешних и внутренних грантов. Считаю, что чем больше наших молодых ребят будет идти в науку и чем больше у них будет возможностей реализовать свой потенциал в различных областях физических наук и техники, тем более колоритнее и междисциплинарнее будет наша наука, а ее связка с реальными секторами экономики позволит нам разрабатывать прорывные, полезные технологии, что обязательно внесет свой посильный вклад в развитие инновационной экономики Казахстана. 

Расскажите про ваши научные исследования?

Направления исследований моей научной группы тесно связано с так называемым “лазерным материаловедением”. Эта смежная область фундаментальной и прикладной физики сосредоточенная на стыке лазерной оптики, фотоники и материаловедения. Это мир взаимодействия лазерного излучения с веществом и его приложения. В нашей лаборатории мы используем уникальные свойства коротко-импульсного и непрерывного лазерного излучения для разработки новых оптических устройств (сенсоров) и для исследования физических свойств материалов на разных пространственно-временных масштабах. 

Любой конденсированной среде (будь она в твердом, мягком или жидком состоянии) присуще наличие таких физических свойств как тепловые, механические, оптические, электронные, магнитные и другие. Чем лучше мы понимаем те или иные физические явления и свойства материалов, тем более эффективнее мы можем использовать и даже контролировать их для конкретных исследовательских и практических приложений. Я бы отметил, что современные лазерно-оптические методы исследования материалов, по сравнению с другими способами изучения материи, являются наиболее информативными и наглядными в плане получения необходимой информации о свойствах материи с высоким пространственно-временным разрешением. Кроме того, большинство современных лазерно-оптических устройств являются “table-top”, то есть их можно спроектировать, сконструировать и испытать на небольших оптических столах, не занимающих большое пространство. 

Расскажите подробнее о ваших научных проектах и их приложениях.

Один из наших проектов нацелен на изучению теплопроводных свойств твердотельных материалов для приложения в ядерной и термоядерной энергетиках. Оптическая установка собранная в нашей лаборатории на основе фемтосекундного лазера, позволяет нам на микро- и нано-размерной шкале измерять теплопроводность материалов и ее деградацию под воздействием внешней радиации. Именно с таким высоким пространственным разрешением мы исследуем свойства теплопереноса в реакторных материалах облученных радиацией  быстрыми ионами высокой энергии, имитирующими продукты распада в реальном атомном реакторе. Данные теплофизические исследования на основе современных лазерных технологий помогают атомной отрасли на фундаментальном уровне отследить процессы, способствующие деградации ядерного топлива и реакторных материалов под действием облучения и создать новые более радиационно-стойкие материалы с целью конструирования безопасных и экономичных АЭС. Следует заметить, что данная лазерная методика неразрушительного контроля   позволяет решать проблему управления тепловой энергии не только для атомной энергетики, но также и в области термоэлектрических приборов, нано- и микроэлектроники, где проблема управления тепловыми потоками в электронных устройствах остается серьезной проблемой для приборов. 

Другой проект в нашей лаборатории нацелен на исследование скоростного плавления тугоплавких материалов под воздействием наносекундного импульсного лазерного излучения с высоким пространственно-временным разрешением. Эта область исследований позволит многим областям имеющим дело с плавлением материалов (например атомная и авиационная промышленность, лазерный 3Д-принтер, обработка материалов) отследить в реальном времени что происходит с материалами в процессе их локального плавления и оптимизировать технологические процессы.

Наш третий исследовательский проект связан с использование лазерных технологий для биомедицины. Это наш совместный  проект с медиками и химиками по лазерной бесконтактной оценке вязко-упругих и химических свойств мочи человека посредством лазерной спектроскопии. Это важно для диагностики болезнь почек. В настоящее время мы также изучем вопрос возможности дистанционного мониторинга вязкости нефти посредством такого же лазерного метода. Это потенциально может стать очень важным проектом для недропользователей с целью определения вязкости сырой нефти по разным глубинам ее залегания.