Ірина Гатала - номінантка почесного наукового товариства Sigma Xi, членами якого були Ейнштейн і Фермі. Вона створює синтетичні феромагнетики - матеріали, здатні змінити майбутнє обчислювальних технологій.
Ірина Гатала ніколи не починає з наукових термінів, коли розповідає про свою роботу. Спершу - проста аналогія. Уявіть, що ваш телефон зберігає дані на крихітних магнітах. Сьогодні ці магніти працюють за законами класичної фізики. А що, як змусити їх підкорятися квантовим правилам? Пам’ять стане швидшою, енергоефективнішою, компактнішою. Саме цим вона і займається - створює штучні феромагнетики, матеріали, у яких магнітні частинки взаємодіють особливим чином.
Звучить як наукова фантастика, але для Ірини це щоденна робота в лабораторіях Wayne State University у Детройті. Її докторська дисертація присвячена дослідженню обмінних взаємодій у синтетичних магнетиках - саме ці процеси визначають, як поводитимуться майбутні пристрої пам’яті. Разом із колегами вона розробила новий метод розрахунку цих взаємодій. Результати вже представлено на міжнародній конференції IEEE, а наступна доповідь запланована на Graduate Research Symposium в університеті.
Шлях до американської науки в Ірини був довгим. Він почався у невеликому селі на Прикарпатті, де вона закінчила школу, а згодом вступила до Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника - одного з десяти найкращих вишів України. У 2014 році, отримавши диплом магістра, вона переїхала до Польщі. Там, в Університеті Жешува, здобула ще одну магістерську ступінь - з екофізики.
2016 рік - новий переїзд, цього разу до США. Аспірантура (PhD) у Wayne State University. І знову все з нуля: нова країна, інша освітня система, нові вимоги.
Повірити в себе - найскладніше
«Believing in myself», - каже вона, коли її запитують про найбільший виклик. Повірити в себе. А потім - просто робити маленькі кроки щодня. Не намагатися досягти всього одразу, не чекати великого прориву. Працювати послідовно.
Далі - факти, які справляють враження. Україна. Прикарпатський університет. Польща. США. Детройт. PhD із фізики конденсованого стану. Кожен етап - це рішення почати спочатку, адаптуватися до іншої системи, іншої мови, інших стандартів.
В Україні фізична освіта будується на фундаментальній теорії: багато математики, класичні підходи. У Польщі акцент змістився в бік прикладних аспектів - екофізика передбачає вивчення фізичних процесів у природних системах. У США система зовсім інша: менше лекцій, більше самостійної роботи, дослідження починаються з першого року аспірантури.
Українська школа дала міцну теоретичну базу - глибоку математику, фундаментальні закони. Польська навчила міждисциплінарності: екофізика перебуває на перетині різних напрямів. Американська ж система змусила працювати по-іншому - менше аудиторної теорії, більше власних досліджень, презентацій, командної роботи.
Премія за вміння пояснювати складне
Минулого року Ірина отримала Garrett T. Heberlein Endowed Award for Excellence in Teaching - нагороду для аспірантів за викладацьку майстерність. Вона читає вступні курси фізики для бакалаврів, і її відзначили за здатність пояснювати складні речі простою мовою.
Можна бути блискучим дослідником і водночас не вміти донести свої ідеї до тих, хто не занурений у тему. Ірина вміє. Її студенти в Детройті навчаються у викладачки, яка сама пройшла шлях від української сільської школи до американського дослідницького університету.
Для неї викладання - не просто додаткове навантаження, яке мають усі аспіранти. Це спосіб передати далі те, що отримала сама. В інтерв’ю вона говорить: успіх - це гармонія між внеском у щось значуще для людства і глибоким задоволенням від самого процесу творення. Викладання - саме про це.
Sigma Xi: там, де був Ейнштейн
Нещодавно сталася ще одна подія - Ірину номінували до Sigma Xi, почесного наукового товариства з 125-річною історією. Серед його членів - понад 200 нобелівських лауреатів: Альберт Ейнштейн, Енріко Фермі, Річард Фейнман, Дж. Роберт Оппенгеймер. Потрапити туди означає отримати визнання свого внеску в науку.
Втім, Ірина не сприймає це як щось надзвичайне - радше як результат послідовного руху: закінчила університет в Україні, поїхала до Польщі по нові знання, згодом до США - за PhD. На кожному етапі вчилася, адаптувалася, працювала.
До товариства номінують науковців із серйозними результатами: публікаціями, виступами на конференціях, визнанням колег. У Ірини це є: статті в наукових журналах, доповіді на міжнародних конференціях IEEE, викладацька нагорода.
Матеріали для комп’ютерів майбутнього
Синтетичні феромагнетики - саме з такими матеріалами Ірина працює в детройтській лабораторії. У чому суть?
Сучасні комп’ютери працюють майже на межі можливостей. Процесори стають швидшими, але споживають дедалі більше енергії. Обсяг пам’яті зростає, однак фізичні обмеження наближаються. Квантові технології - спроба вийти за ці межі. Використовувати не класичні біти (0 або 1), а квантові стани, коли частинка може одночасно перебувати в кількох станах.
Без магнітних матеріалів квантова пам’ять неможлива. Спін електрона (його магнітний момент) може зберігати інформацію значно ефективніше, ніж класичний електричний заряд. Але для цього потрібно точно розуміти, як частинки взаємодіють між собою. Саме тут з’являються обмінні взаємодії - те, що досліджує Ірина.
У класичній фізиці магнетизм пояснюється рухом електронів та їхніми спінами. У квантовій усе складніше: частинки можуть бути «заплутаними», їхні стани пов’язані навіть на відстані. Обмінна взаємодія - це квантовий ефект, що виникає через нерозрізнюваність електронів. Саме він визначає, чи буде матеріал феромагнетиком (усі спіни спрямовані в один бік, як у звичайному магніті) чи антиферомагнетиком (спіни спрямовані в різні боки).
Новий метод розрахунку, розроблений командою Ірини, дозволяє точніше передбачати поведінку цих матеріалів. Це крок до того, щоб квантова пам’ять перестала бути лише лабораторним експериментом і стала реальністю.
Вона розуміє: те, що відбувається сьогодні в лабораторії в Детройті, стане основою технологій через 10–15 років. Коли квантові комп’ютери вийдуть за межі спеціалізованих центрів, коли з’являться пристрої з квантовою пам’яттю, в їхній основі лежатимуть дослідження, які проводяться зараз. «Ніколи не здавайся, якщо справді чогось хочеш», - каже вона. За цими словами - досвід трьох країн, двох магістерських ступенів, докторантури, викладацької нагороди та номінації до товариства з нобелівськими лауреатами.
Українське коріння
Україна для Ірини - це місце, де все почалося. Сьогодні, коли українська наука переживає складні часи, коли багато дослідників виїжджають, а ті, хто залишаються, працюють у надзвичайно важких умовах, такі історії, як її, показують: українська освіта дає міцну базу. Випускники українських університетів конкурентоспроможні на міжнародному рівні. Вони вступають до аспірантур провідних університетів, отримують гранти, публікуються у топових журналах, викладають.
Ірина - одна з них. Не єдина, але її шлях показовий. Від сільської школи до Wayne State University, від Прикарпатського університету до Sigma Xi.
Зараз вона працює над завершенням дисертації, готується до нових конференцій і думає про майбутнє у сфері квантових обчислень. Це вже наступні розділи. І, схоже, далеко не останні.
