Як вам вдалося пройти шлях від випускника Чернівецького університету до професора у Федеральній вищій технічній школі Цюриху?
— Він не був прямим. Коли я навчався на бакалавраті, то разом з керівником кафедри неорганічної хімії в Чернівцях поїхав на тиждень до Австрії. Там я познайомився зі своїм майбутнім науковим керівником у Лінці. І в наступні роки, ще коли був студентом у Чернівцях, уже їздив до нього на стажування. Хоча я хімік, а він фізик, та я відчув, що мені буде добре в його команді. Одразу після закінчення університету я поїхав у Лінц в аспірантуру.
У Чернівцях я займався тим, що хімічними методами синтезував наночастинки телуриду кадмію в колоїдних розчинах. У нас ще вистачало ресурсів на хімічні експерименти, проте не було можливості для фізичних дослідів — люмінесценція, температурні залежності. Адже експериментальна хімія та фізика дуже залежні від фінансового забезпечення. Щодо цього відчувалася прірва між Україною й Австрією, навіть попри те, що в Чернівцях було добре, порівняно з багатьма іншими місцями нашої країни. Такою була одна з причин співпраці. Я їздив в Австрію, де самотужки робив хімічні експерименти, а разом з членами групи — фізичні. Телурид кадмію випромінює у видимій області спектру, та потім ми почали досліджувати телурид ртуті, що випромінює в невидимому, інфрачервоному діапазоні. І мій керівник в Австрії був якраз спеціалістом з інфрачервоних матеріалів.
І це стало темою вашої дисертації?
— Так, моя тема — «Синтез і характеризація наноматеріалів, активних в інфрачервоній області». Люмінесцентні матеріали важливі для комунікаційних цілей. Є спектральні діапазони, у яких оптичні волокна мають вищу прозорість, отже втрати при передачі інформації є меншими. А також вони потенційно важливі для біології як люмінесцентні мітки, щоб вводити в організм. Лазери, випромінювачі, детектори — наночастинки напівпровідників цікаві для цих сфер і технологій та подекуди кращі за свої об’ємні версії.
Читайте також: Стартапи, народжені пандемією
Чим саме наночастинки кращі за об’ємні матеріали?
— Варіюючи їхні розміри, легко змінювати ширину забороненої зони. Просто змішувати з іншими матеріалами й утворювати гетероструктури. Заборонена зона — це та енергія, при якій відбувається перехід між повним поглинанням світла матеріалом і його ж повною прозорістю для світла. Заборонена зона говорить нам, до яких довжин хвиль, від коротших до довших, детектор працюватиме. Наночастинками можна маніпулювати як великими молекулами. На їхні електронні властивості можна також впливати складом їхньої поверхні. Є методи легування напівпровідників, доступні для наночастинок і неможливі для об’ємних матеріалів. Такий матеріал, як телурид ртуті, що є напівметалом, не дуже годиться для інфрачервоних технологій, та у вигляді наночастинок має заборонену зону. Так можна використовувати матеріали, які в об’ємному вигляді не мають жодної користі.
Після захисту дисертації ви поїхали до Чикаго. Чи змінили там наукову тему?
— Якщо в аспірантурі я більше займався синтезом наночастинок, їхніми оптичними властивостями, то в Чикаго вже перейшов до хімії їхньої поверхні. Я був автором першої статті, у якій показано, як позбутися з поверхні молекул, які ми використовуємо в синтезі, і замінити їх на неорганічні молекули, що дають змогу інтегрувати наночастинки в різні прилади. Це була ланка, якої не вистачало між синтезом наночастинок і їхнім застосуванням. Ця робота була фундаментальною та практично важливою для цілої галузі дослідження. Її ми опублікували в Science у 2009 році, і донедавна це була моя найцитованіша стаття. Решта наукових праць того періоду — адаптація цієї методики до матеріалів різного спрямування: від термоелектрики до інфрачервоних детекторів.
Якими науковими темами ви займаєтеся зараз?
— Після переїзду до Швейцарії у 2011 році я ще трохи за інерцією займався своєю колишньою темою, неорганічною хімією поверхні, та в перші кілька років перейшов до акумуляторів, точніше, до нових матеріалів для них. А у 2014 році почав займатися наночастинками перовськітів, які як джерела світла виявилися кращими за все, що ми досліджували досі.
Що вас змусило знову переїхати до Європи та змінити тему?
— В Америці я кілька років був постдоком (стадія постдокторантури, підвищення кваліфікації вченого. — Ред.). Оця стаття в Science і ще кілька праць після неї вийшли впродовж перших років. Зазвичай, коли постдоки мають уже певні досягнення, вони шукають або незалежнішої наукової кар’єри, або переходять в індустрію. Після успішних статей я відчув у собі сили для незалежної роботи. Приблизно тоді почалася економічна криза, у багатьох університетах зменшилася кількість позицій. Я шукав роботу і в Америці, і по всьому світу. Відправив близько 50 резюме. З них отримав сім запрошень на інтерв’ю, із яких — п’ять пропозицій щодо роботи. Це дуже хороша статистика. Дві в Америці, по одній у Британії, Німеччині та Швейцарії. Найпривабливішим видався останній варіант.
Інститут у Цюриху був першим місцем, куди я відправив резюме, та на співбесіду вони запросили лише через пів року. В оголошенні було чітко написано, що вони шукають професора неорганічної хімії й насамперед для розробки нових матеріалів для акумуляторів. Я це проігнорував — мабуть, тому, що зазвичай людина пропонує те, що хоче сама робити, а не те, чого хоче хтось. Тому я відправив в інститут той самий пакет документів, що й в інші місця.
А на час співбесіди я вже геть забув, що в оголошенні просили іншу тематику. У моєму інституті така особливість, що всі кандидати приходять на співбесіду в один час і бачать виступи своїх конкурентів. Коли я їх слухав, то думав — дивно, я тут один із наноматеріалами, а інші всі електрохіміки, які мають досвід з акумуляторами. На зустрічі з комісією я представив усі свої плани, ми їх обговорили. В одного з членів комісії, як я потім зрозумів, представника промисловості, урвався терпець, і він спитав про мої плани щодо батарейок. Інститут на такі співбесіди кличе представників технологічного бізнесу, дотичних до бажаної тематики. І тут я все пригадав, перелетів у часі на пів року — точно, вони ж шукають електрохіміка! Та попри все вони дали мені роботу. Відтоді я займаюся також акумуляторами, мені стало дуже цікаво.
Акумулятори — дуже широка ділянка з велетенським практичним сенсом. Які саме дослідження ви здійснюєте?
— На той момент найактуальнішою темою були акумулятори для автомобілів. Саме тоді Tesla робила перші кроки. А для цього потрібна була максимальна енергетична густина — скільки джоулів на кілограм ця батарея в зарядженому вигляді може зберігати. І супутня проблема — як при цьому не використовувати надто дорогі матеріали. Бо батарея в машині має коштувати менше, ніж кілька десятків євро за кілограм. Створити хороші речовини з невисокою кінцевою вартістю — це дуже важко.
Зараз цілі ті самі, але актуальніше питання таке: як використовувати металічний літій для цих автобатарей? З цього починали розробку акумуляторів, та 30 років тому такі батареї часто загорялися. Останні десять років до цієї ідеї повертаються. Бо з’явилися непогані перспективи твердотілих електролітів. Зазвичай електроліт у батареї — це рідина. Вони все одно можуть загорітися, хоча імовірність постраждати від цього невисока. Цього також можна уникнути, якщо перейти від рідких органічних речовин до твердих неорганічних. І це дасть змогу повернутися до металічного літію. Над цим завданням працює дуже багато людей.
Читайте також: Штучний інтелект: загроза чи незріла технологія
Інша наша тема — стаціонарне збереження енергії для зеленої енергетики, наприклад сонячних батарей. Спродуковану енергію потрібно десь накопичувати. Тут енергетична густина не така важлива, як ціна. Літієві акумулятори не годяться — дуже дорогі. Просте заряджання таких батарей обходиться дорожче, ніж виготовлення електроенергії. Треба здешевлювати в десятки разів.
Які конструктивні чи фізичні, хімічні фактори впливають на цю ціну?
— Треба мінімізувати використання дорогих хімічних компонентів: марганцю, нікелю, кобальту. Вони всі є в літієвих батарейках, але їх тут не можна ставити — дуже дорого. Об’єктивно є не більш ніж десять досить дешевих елементів. Потім треба придумати, як мінімізувати виробничі процеси, щоб уникнути дорогого синтезу складних речовин. Одна з технологій, над якою ми працювали серед перших у світі, — як використовувати простий металічний алюміній. Він дешевий, його багато. Натомість літій важко видобувати, бо він часто наявний у проблемних країнах. Алюміній як анод і звичайний, природний, необроблений графіт як катод. І хлорид алюмінію, змішаний з органічними молекулами, як електроліт. Звучить дико, та це приклад справді дешевої технології.
Ваша інша тема — перовськіти. Це ж популярні матеріали для сонячних батарей?
— Ми працюємо з галогенідними перовськітами, які є рукотворними матеріалами, на відміну від природних оксидних перовськітів. Також вони хороші напівпровідники. Перевага в тому, що їх легко синтезувати в різних формах — як об’ємні матеріали, плівки, наночастинки. Це значно дешевше, ніж робити ті самі форми з кремнію. Галогенідні перовськіти використовують і для поглинання світла (детектори або сонячні батареї), і як джерела світла. І це наша «фішка». Ми були першими, хто синтезував наночастинки з цих перовськітів. Такі наночастинки дуже яскраві, швидкі джерела світла. Вони випромінюють багато фотонів в секунду, до мільярда — це неперевершена швидкість. Дуже яскраві, чисті кольори. Ми маємо найзеленіший зелений колір. Зеленіший тільки в лазера, та ним людям в очі не світитимеш. Одне з їхніх застосувань — у дисплеях, телевізорах, комп’ютерах.
Якщо брати блакитне світло від нітрид-галієвого світлодіоду, як у телевізорах, але змінити червоне й зелене джерело на наші перовськіти, можна отримати кращу кольорову гаму. Бо ж кольори, які ми бачимо в телевізорі, — це комбінація синього, червоного й зеленого.
А якщо дивитися на наночастинки на рівні індивідуальних фотонів, то їх можна використовувати як квантові джерела світла. Вони випромінюють одиночні фотони, до того ж регулярно, без перерви. Це «кулемет з фотонів». Таке необхідне для квантових комунікацій, квантової криптографії. Там потрібне стабільне джерело. Особливо якщо воно випромінює однакові фотони — з тією самою енергією, довжиною хвилі, фазою. Більшість речовин на таке не здатні.
Зараз ми намагаємося комбінувати ці частинки по дві й по три, щоб дивитися, чи можуть вони кооперативно генерувати фотони. Проте неочевидно, як це використовувати. Коли вчені вперше спостерігали лазерне випромінювання, то також ще добре не знали, що з ним робити. А наразі лазери всюди. Так і тут — якщо ми колись зможемо контролювати скільки фотонів і з якою частотою відправляє наша речовина, то застосування знайдеться.
Ви казали, що інститут на співбесіду запросив промисловця. Як у Швейцарії налагоджено кооперацію між бізнесом і наукою?
— Мені подобається в нашому інституті те, що тут дуже-дуже цінують і абсолютно фундаментальні дослідження, які не мають жодного очевидного застосування, і повністю прикладні. Наприклад, один мій колега досі уточнює, який саме розмір у протона, — і на це дають великі кошти. Водночас цінують роботу людини, яка розв’язує дуже практичне завдання — як-от на кілька відсотків покращити енергетичну густину батарейки. Немає чорно-білого погляду. Чимало фундаментальних учених зневажають тих, хто займається промисловими розробками. І навпаки, я іноді бачу вчених, які думають: якщо ти не створив стартап на основі свого дисертаційного проєкту, то це поганий проєкт, нікому не потрібний, дарма витрачені кошти. Я ціную й одне, й інше. І наш інститут це цінує та підтримує. Бо частіше в інститутах буває перегин в одну зі сторін.
Читайте також: Економіка Instagram
Швейцарія — чудовий приклад того, наскільки насправді інститути й компанії в одному регіоні є тісними компонентами єдиної екосистеми. Великою є трагедія тих країн, де промисловість зруйновано, бо вона обмежує можливості для науки, її потрібність і мотивацію навчатися на природничих факультетах. Так, це трагедія й України. Хімічні факультети продукують хіміків незрозуміло для чого. У Швейцарії в місцевої індустрії великий попит на випускників-магістрів і докторантів. Вони успішні люди, які є рушіями розвитку цієї країни.
Як працює ця екосистема?
— Співпраця з бізнесом буває двох видів. Перший — коли компанія приходить до нас і каже: у нас є така проблема, і ви як вчені можете її розв’язати. Інколи ми дивимося й відповідаємо, що допомогти не можемо, а тут могли б, проте тема нам не цікава, ви й самі впораєтеся. Ми не хочемо бути дешевшою робочою силою для розв’язання завдань, з якими вони здатні впоратися самотужки. Що цікаво — так відбувається нечасто. Компанії також розуміють, що вчені працюють для чогось іншого. Є інші, творчі, цікаві з наукового погляду питання. Для такої співпраці є легальна база — ми знаємо, які контракти оформлювати, як узгоджувати фінансові питання. Інститут має відділ, що правильно організовує таку співпрацю й забезпечує захист інтересів обох сторін. Бюрократія дуже невелика.
Наприклад, компанія отримує право на провадження й комерціалізацію результатів проєкту. А університет водночас зберігає частину власності на патент. Що важливіше — ми ніколи не дозволяємо компаніям займатися цензурою, тобто вказувати, що ми можемо публікувати, а що ні. Звичайно, нові й цікаві результати ми хочемо оформити як наукову публікацію. Компанія може лише попросити відтермінування в три місяці, щоб написати патент. Більшість на це погоджується. Компанії отримують чіткі правила: на скільки фінансувати роботу аспіранта чи постдока, які є супутні витрати. І невеличку частку університету — адміністративний збір за можливість це все робити. Ми так працюємо і з Кореєю, і з Китаєм, і з багатьма іншими країнами.
Інша модель — суто швейцарська. І це чудовий приклад того, як держава розуміє важливість інновацій, співпраці вчених і компаній. Є державний фонд, який дає гроші, якщо швейцарська компанія пропонує проєкт. Тоді наші витрати оплачуються з фонду, а компанія як жест свого інтересу надає невелику суму коштів на супутні витрати. Ми подаємо спільну з компанією заявку, де описуємо проблему, яку хочемо розв’язати, та ідею, яку хочемо розвинути настільки, що вона зможе комерціалізувати результати. І компанія має обґрунтувати переваги для економіки держави. Скільки робочих місць, скільки податків. Більшість проєктів не закінчується очікуваним успіхом. Але в середньому держава від фінансування цих проєктів виграє.
———————————
Максим Коваленко народився в 1982 році на Херсонщині. Хімік, професор Вищої політехнічної школи Цюриху та керівник групи функціональних неорганічних матеріалів. Закінчив Чернівецький національний університет, у 2007 році захистив дисертацію на тему «Синтез і характеризація наноматеріалів, активних в інфрачервоній області» в Лінцському університеті, Австрія. Співавтор понад 300 наукових статей. За наукометричною базою Scopus має понад 28 тис. цитувань та індекс Гірша 73.