С 19 по 23 июля в Университете ИТМО прошла шестая международная школа по нанофотонике и метаматериалам , организуемая сотрудниками Нового физтеха. Ежегодно на школу приглашаются ведущие российские и зарубежные ученые, чтобы прочитать лекции и провести практические занятия для студентов со всего мира.
Каждый год для школы выбирается одна ключевая тема — и разбирается по методике «от простого к сложному». Каждый день сложность материала повышается, лекции сопровождаются практическими и лабораторными занятиями, а в конце студентов ждет финальный экзамен в виде онлайн-теста. Программа школы выстроена в единый курс, когда материал более поздних лекций опирается на предыдущие занятия.
Темой этого года стала фотоника двумерных материалов. Сотрудники Нового физтеха Университета ИТМО — руководитель школы Андрей Богданов и председатель программного комитета Иван Иорш — не только показали актуальность этого направления, но и собрали ведущих мировых специалистов в качестве лекторов. Впервые школа организуется совместно . Особенным событием стало выступление Константина Новоселова, лауреата Нобелевской премии по физике 2010 года за новаторские эксперименты с графеном.
«Двумерная тематика очень насущна. XX век был веком полупроводников, сейчас же от трехмерных материалов все потихоньку переходит к двумерным. Когда слой атомов выдергивается из трехмерного кристалла, то появляются свойства, которые в обычной жизни невозможны. Обычно это показывают на примере графена — в нем электроны ведут себя совсем по-другому. У него появляется удивительная прочность, теплопроводность. Это очень перспективная платформа для создания новых технологий», — объясняет Валентин Волков, руководитель Центра фотоники и двумерных материалов, один из организаторов школы в этом году.
Также программа включала постерные сессии, на которых студенты смогли представить свои научные исследования и поучаствовать в конкурсе лучших докладов. Победители получили подписанный экземпляр книги Константина Новоселова и денежную премию от спонсора Школы — швейцарского издательства MDPI. Также все представленные доклады могут быть опубликованы в специальном выпуске журнала Sensors от этого же издательства.
Напомним, что Metanano School предваряет масштабную международную конференцию по физике — в этом году она пройдет в середине сентября в Тбилиси. А следующая школа от Нового Физтеха будет посвящена теме нанофотоники для биодетекторов.
Корреспондент ITMO.NEWS пообщался с лекторами и участниками Metanano School и узнал об их научных интересах и впечатлениях от мероприятия.
Алексей Никитин, Международный физический центр Доностии
Тема школы этого года имеет большую актуальность ввиду всплеска интереса к двумерным материалам во всем мире. В частности, значительный интерес сейчас представляет ближнепольная микроскопия двумерных материалов, так как она позволяет заглянуть в фундаментальные квантовые свойства и предсказать новые явления, имеющие важность для новых технологий: сверхпроводимость, сверх- узконаправленное каналирование света вдоль атомных слоев и так далее.
Моя научная группа занимается взаимодействием света с веществом в 2D-материалах и тонких пленках ван-дер-ваальсовских кристаллов. В частности, мы изучаем гиперболические фонон-поляритоны (колебания кристаллической решетки, смешанные со светом и обладающие уникальными свойствами).
Выступить в качестве лектора меня пригласили мои коллеги из МФТИ, с которыми я давно сотрудничаю. Было интересно поделиться опытом с будущими профессионалами — начинающим специалистам важен контакт с разными успешными группами. Им нужно расширять кругозор и всегда пытаться почерпнуть что-то новое. Тем более, что лекторы в своем большинстве ставят студентов в своих выступлениях на самый край науки.
Очень интересным мне показался интерактивный подход: несмотря на онлайн-формат, лекторы тесно взаимодействовали со студентами, и именно такой подход гарантирует успех школы.
Алексей Черников, Дрезденский Объединенный центр прикладной физики и фотонных материалов. Михаил Глазов, Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН
В этом году тематика школы была связана с физикой двумерных материалов, причем основной акцент был сделан на их оптические свойства. Сейчас физика двумерных систем переживает бум: появление новых материальных систем, переходных металлов и развитие экспериментальных методик их исследований привело не только к появлению новых физических эффектов, но и открыло возможности для потенциальных применений таких систем. Например, узкие резонансные линии в поглощении света такими системами чувствительны к окружению и могут в принципе использоваться для детектирования разных веществ. Кроме того, большой потенциал у двумерных материалов есть и с точки зрения гибкой электроники.
Михаил занимается теорией полупроводников, оптических, спиновых и транспортных эффектов в наносистемах. В частности, свойства двумерных систем — как традиционных полупроводниковых квантовых ям, так и ставших в настоящее время очень популярных атомарно-тонких кристаллов: графена и дихалькогенидов переходных металлов.
Основные научные интересы Алексея сосредоточены на экспериментальных исследованиях фундаментальных эффектов, связанных с многочастичными состояниями в наносистемах. В частности, научная группа из Дрезденского центра несколько последних лет активно изучает диффузию экситонов в атомарно-тонких кристаллах и плодотворно сотрудничает с Михаилом и его коллегами из института Иоффе.
Нам было легко и приятно принять приглашение от организаторов. Во-первых, у этой школы очень высокий уровень лекторов, представляющих все области физики двумерных систем. Во-вторых, нам знакомы организаторы школы, поэтому мы были уверены, что все пройдет на высшем уровне — так оно и оказалось. Наконец, нам был предложен необычный формат: провести целый день лекций, посвященных экситонам в двумерных полупроводниках. Это непросто, но стоило попробовать осветить такую широкую область — как со стороны эксперимента, так и теории. Мы давно сотрудничаем в научном плане, поэтому было интересно попробовать вместе решить сложную, но не научную, а преподавательскую задачу.
Надеемся, что и школа в целом, и наши лекции были полезны участникам. Было много вопросов от участников и молодых ученых. Некоторые оказались столь глубокими, что над ними нам стоит подумать еще. Была и несомненная польза для нас: подготовка лекций позволила посмотреть на свою область исследований с высоты птичьего полета, увидеть, что особенно важно, какие вопросы можно уже считать понятыми и закрытыми, а где все только начинается.
Мы не можем сказать, что удалось послушать все лекции и все стендовые доклады, но те, что мы видели, произвели большое впечатление. Было интересно увидеть взгляд из первых рук на всю физику двумерных систем, послушать про нелинейный транспорт и фотоэлектрические явления. Программа школы позволила увидеть связь между более фундаментальными и более прикладными исследованиями двумерных систем, лучше почувствовать взаимопересечение оптики и фотоники новых материалов, и в целом понять, какие области сейчас активно развиваются.
Андрей Былинкин, аспирант в Баскском исследовательско-технологическом объединении CIC Nanogune BRTA, победитель конкурса докладов
Я аспирант третьего года в лаборатории нанооптики (Nanooptics, CIC Nanogune BRTA) и нанофотоники двумерных материалов (2D nanophotonics, DIPC). Занимаюсь экспериментальным и теоретическим исследованием оптических свойств новых двумерных материалов под руководством Райнера Хилленбранда (CIC Nanogune BRTA) и Алексея Никитина (Donostia International Physics Center, DIPC). Основной задачей моего проекта является изучение распространения, возбуждения света в тонких слоях Ван-дер-Ваальсовых материалов и разработка концепций по применению данных материалов в современных оптоэлектронных устройствах.
Темой моего доклада была «Наблюдение сильной вибрационной связи с фонон-поляритонами методом сканирующей ближнепольной микроскопии». Доклад подготовлен по мотивам недавно статьи в Nature Photonics. Так как время на доклад было жестко ограничено, я решил сфокусироваться на одном важном результате нашего исследования: что современная ближнепольная микроскопия — это мощный экспериментальный инструмент, который позволяет проводить эксперименты по изучению сильной связи между молекулярными колебаниями и распространяющимися фонон-поляритонами.
Я решил поучаствовать, во-первых, потому что тематика школы в этом году максимально соответствуют моим научным интересам. Во-вторых, организаторы проделали огромную работу и собрали первоклассных ученых со всего мира. В-третьих, это моя вторая Metanano School: я участвовал в школе в 2017 году, когда учился в магистратуре МФТИ, и у меня остались только замечательные впечатления от участия в ней.
В первую очередь хотелось бы отметить великолепную организацию мероприятия. Организаторы и технический комитет оперативно отвечали на все письма и возникающие технические проблемы. Программа школы была сбалансированная и разнообразная в плане покрытия научных сфер. Все лекторы проделали огромную работу, чтобы доступно и интересно донести материал до слушателей с различным уровнем подготовки. С учетом моего большого интереса к ближнепольной микроскопии я особенно сильно хотел послушать доклад Дмитрия Басова о его новых экспериментальных результатах, полученных с использованием низкотемпературного ближнепольного микроскопа. А также мне показались очень полезными лекции по графеновым фотодетекторам от Дмитрия Свинцова.
Победы в конкурсе докладов я не ожидал. Мне сложно представить, как можно ожидать победы в такой компании участников. Я знаком со многими из них лично, поэтому в курсе об уровне их научных работ не понаслышке.
Анна Попкова, аспирант на физическом факультете МГУ, второе место на конкурсе докладов
Я аспирант второго года кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ. Работаю в лаборатории нанооптики и метаматериалов под руководством профессора Федянина. Моя научная деятельность связана с исследованием нелинейно-оптических и сверхбыстрых свойств различных материалов. Долгое время я работала с фотонными кристаллами и поверхностными состояниями в них. В последнее время в связи с активным развитием оптики двумерных и слоистых материалов, мы тоже начали вести исследования в этой области, и на данный момент моя научная деятельность склоняется к исследованию нелинейно-оптических свойств именно слоистых материалов и структур на их основе.
Темой моего доклада было исследование генерации третьей оптической гармоники в тонких пленках гексагонального нитрида бора. Мы изучали эффективность генерации, исследовали поляризационные и анизотропные зависимости. Также мы показали, что, несмотря на сложный характер зависимости сигнала третьей гармонике от толщины, этот процесс описывается одним эффективным значением нелинейной восприимчивости.
Я решила принять участие, так как увидела, что в этом году школа посвящена инверсной для меня тематике. До этого уже участвовала в школе дважды, в 2018 и 2019 годах, когда она была еще в офлайн-формате.
Школа оказалась достаточно интересной и полезной, так как получилось узнать много деталей о различных аспектах физики двумерных материалов. Изначально очень хотелось послушать профессора Новоселова, но его доклад был достаточно обзорным и многое из рассказанного я уже слышала до этого. Безусловно, все лекции были очень интересными и тяжело выделить что-то одно. Наверное, наиболее полезным лично для меня оказался четвертый день школы, посвященный экситонам в двумерных материалах, потому что полученные на нем знания наиболее близки моим текущим научным задачам.
Победы на конкурсе я не ожидала. Моей целью было рассказать о своей работе, и я очень переживала, что забуду упомянуть что-то важное. Конечно, очень приятно, что мою работу высоко оценили. Это огромный стимул двигаться дальше, особенно когда на носу конференция Метанано.
Лука Сортино, аспирант в Мюнхенском университете имени Людвига и Максимилиана, специальный приз конкурса докладов
Мои исследования сфокусированы на оптической спектроскопии двумерных материалов и их интеграции с плазмонными и диэлектрическими нанофотонными системами. В своем докладе я представил недавние результаты по повышению эффективности излучателей одиночных фотонов в двумерных структурах селенида вольфрама связанных с высокопреломляющими диэлектрическими наноантеннами. Мы показали, что присутствие Ми-резонансов в наноантеннах, размещенных в непосредственной близости от источников фотонов, приводит к появлению высокоэффективного источника одиночных фотонов в двумерных полупроводниковых структурах. Это можно использовать в новейших квантовых и оптических технологиях.
О школе я узнал от своего научного руководителя — решил поучаствовать из-за высочайшего уровня представленных спикеров. После множества онлайн-мероприятий и конференций прошлого года могу сказать, что эта школа была действительно хорошо организована как с технологической, так и с научной точки зрения. Большинство лекторов я уже знал до мероприятия, так что мне сложно выбрать, кто произвел самое большое впечатление. Но могу сказать, что было очень интересно послушать те лекции, в которых у меня меньше всего экпертизы, например, про плазмонику графена и метаповерхности.
Победа стала для меня полной неожиданностью, тем более, что меня наградили специальным призом — и об этом объявили уже после того, как назвали всех основных номинантов. Я очень благодарен, что мои исследования получили такой отклик. Это оправдывает все мои усилия и вдохновляет углублять мои исследования в этой области.
Журналист
