«МЕТАНАНО-2016»: лучшие доклады и перспективы сотрудничества
Международная конференция по нанофотонике и метаматериалам «МЕТАНАНО-2016» завершилась в Анапе. За пять дней работы ученые представили более 100 докладов, договорились о будущей совместной работе и создании базовой кафедры в Университете ИТМО, а также успели отдохнуть в солнечной столице России. Лучшие доклады, итоги мероприятия и планы конференции 2017 года во Владивостоке – в нашем материале.
На протяжении нескольких лет конференция превосходно зарекомендовала себя среди ученых со всего мира. Университет ИТМО получил право организовать мероприятие в России при поддержке директора Средиземноморского института фундаментальной физики Алексея Кавокина, который является основателем «МЕТАНАНО», а также благодаря финансированию Российского научного фонда.
«Важно, что на конференцию приехали не только ученые из иностранных научных институтов, но и очень много коллег из России – Саратова, Челябинска, Москвы и других городов. Мы очень старались, чтобы мероприятие прошло на высоком уровне, и, как мне кажется, это получилось. Все, что было задумано, удалось сделать и пока мы получаем только положительные отзывы. Это значит, что следующая конференция, которая также будет организовываться сотрудниками нашей кафедры нанофотоники и метаматериалов будет иметь хорошую кредитную историю», – отметил сопредседатель «МЕТАНАНО» Иван Иорш.
Доклады участников конференции были связаны со всеми актуальными вопросами фундаментальной и экспериментальной науки в области нанооптики, плазмоники, квантовой физики, метаматериалов, фотоники и других. Также большой интерес вызвала постерная сессия конференции, на которой исследователи активно обсуждали новые научные концепты и результаты. На пленарных сессиях выступили ученые из России, Дании, Германии, Португалии, США и других стран мира. Темы некоторых из докладов – в нашей подборке.
За последние три десятилетия были открыты такие физические явления, как квантовый эффект Холла и спиновый квантовый эффект Холла, а также топологические изоляторы. Это изменило наши представления о квантовых свойствах веществ. Свойства топологических изоляторов подразумевают, что материал внутри является диэлектриком, а электрический ток проводит только тонкий слой на его поверхности. Причем это происходит, даже если поверхность искривлена или содержит какие-либо чужеродные элементы. В последние годы были проведены исследования, которые показали, что некоторые свойства топологических изоляторов могут быть применены в классических системах. В своем докладе Александр Ханикаев сделал обзор развития этой научной области с фокусом на фотонику и акустические топологические системы. Также он рассказал об экспериментальной работе в этой области, в том числе о перспективах практического использования фотонных и акустических топологических изоляторов. Они позволяют контролировать свет и звук, направлять электромагнитные волны в заданных направлениях без потерь или рассеяния даже через искривленные волноводы.
Современные коммуникационные системы обрабатывают огромные массивы данных. При этом ограничения в обработке информации связаны с основными особенностями существующих электронных устройств и оптических технологий. Электронные металлические микросхемы работают слишком медленно, но они наноразмерны. Оптические диэлектрические микросхемы обладают большей информационной вместительностью, но они слишком велики в объеме. Дело в том, что минимальная длина волны видимого света достигает примерно 300 нанометров (для фиолетового света), а современные электронные микросхемы работают на масштабах равных десятку нанометров. Таким образом, ранее совместить в микросхемах два полезных свойства – малоразмерность и высокую пропускную способность было невозможно. Однако ситуацию могут изменить поверхностные плазмоны. Это квазичастицы, которые возникают в результате взаимодействия световых волн и колебаний электронов в проводниках. Они характеризуются длиной электромагнитной волны, которая всегда короче, чем длина в диэлектриках. Таким образом, высокой перспективностью обладают плазмонные микросхемы, которые могут совместить в себе компактность электроники с быстродействием оптических сетей. Валентин Волков рассказал о последних разработках в этой области, в том числе, продемонстрировал первые образцы суперкомпактных плазмонных компонентов, которые знаменуют начало нового класса интегрированных оптических микросхем.
За последние десятилетия фотонные кристаллы изменили облик всех оптических технологий. Несколько лет назад было обнаружено, что распространение света в фотонных кристаллах может зависеть от общеполагающих топологических свойств. При этом считалось, что топологические эффекты могут наблюдаться только в таких кристаллических средах, которые обладают периодически изменяющейся диэлектрической проницаемостью. В своей работе Марио Сильверинья рассказал о возможностях реализации топологических эффектов в непрерывных системах, то есть тех, в которых нет этой периодичности. Топологически нетривиальные эффекты в постоянном электромагнитом поле связаны с появлением краевых состояний. Это впервые позволяет применять теорию электронных топологических изоляторов в области оптических систем. В будущем это может повлиять на развитие световых волноводов, что, в свою очередь, приведет к созданию топологически защищенных оптических коммуникаций.
Наночастицы могут иметь медицинские и нанобиологические применения благодаря феномену плазмонного резонанса. В частности, один из трендов в современной медицине связан с внедрением наночастиц в биологические ткани для визуализации клеток, целевой доставки лекарств, определения различных состояний клеток и другое. Самые последние разработки позволяют использовать полупроводниковые наночастицы для стимуляции мозга, на задействуя в процессе провода. Известно, что внутри биологической ткани металлические наночастицы с плазмонным резонансом могут объединяться в кластеры или цепи кластеров, передавая друг другу возбуждение. В таких системах остаются научные вызовы: возникновение коллективных модов разной формы в кластерах; создание условий для взаимодействия между цепями наночастиц для стимуляции мозга без использования проводов; создание условий для взаимодействия между внутренней и внешней частями решетки наночастиц, что поможет отображать последние взаимодействия больших нейросетей мозга между собой. В своей докладе Михаил Барабаненко представил последние исследования в этой области.
Дарья Игнатьева презентовала последнюю разработку своей исследовательской группы – плазмонную магнитофотонную гетероструктуру-сенсор, которая обладает очень высоким качеством определения констант связывания макромолекул с помощью явления поверхностного плазмонного резонанса. Сегодня сенсоры на основе этого явления очень важны для медицинских, биологических и химических исследований. Однако ключевым недостатков сенсоров является огромная область действия резонанса, что является следствием наличия в устройстве частиц металлов. Исследовательская группа МГУ предложила методы, с помощью которых можно будет исправить эту ситуацию и улучшить эффективность работы сенсоров.
После выступлений на пленарных сессиях участники конференции обсудили доклады, а также перспективы сотрудничества. Представители Университета ИТМО и Российского квантового центра обсудили вопрос создания базовой кафедры центра в стенах вуза. Также заинтересованность в сотрудничестве с кафедрой нанофотоники и метаматериалов выразили исследователи из Института физики твердого тела РАН, которые занимаются совмещением метаповерхностей с экситон-поляритонами – в Университете ИТМО также ведутся разработки в этой области.
Помимо отличных рабочих условий, участники конференции высоко оценили великолепную обстановку, в которой проходило мероприятие. В солнечной Анапе ученые в свободное время занимались спортом, отдыхали на море, знакомились с культурой российского курортного центра. В перерыве между рабочими днями мероприятия участники конференции посетили с экскурсией старинную винодельню Абрау-Дюрсо. В подвалах винодельни хранятся бутылки коллекционного шампанского, уложенные в многочисленные штабеля. Сотрудник Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе Михаил Лимонов заметил, что способ укладки бутылок аналогичен периодическому строению фотонных кристаллов, и даже сбои в этой упаковке можно сопоставить дефектам в реальных кристаллах. Эту аналогию в виде наглядной фотографии он использовал в введении к своему докладу о фазовом переходе от фотонных кристаллов к метаматериалам.
В завершение конференции участникам рассказали о планах на конференцию «МЕТАНАНО-2017», которая состоится в восточной столице России – Владивостоке. В городе находится Дальневосточный федеральный университет, в котором проводятся исследования в области нанофотоники, биологии и находится медицинский исследовательский центр.
Наталья Блинникова,
Редакция новостного портала Университета ИТМО
Учебное заведение
