Международный научно-исследовательский центр нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО проводит летнюю школу для магистрантов, аспирантов, инженеров, постдоков и исследователей уже в четвертый раз. Однако в отличие от прошлых школ, в рамках которых рассматривался широкий спектр тем, в этом году школа была полностью посвящена топологической фотонике — молодому направлению, которое открывает новые возможности для управления светом.
«Тему для Летней школы 2019 года мы выбирали достаточно долго. Во-первых, мы смотрели, какие компетенции есть у нас, в Научно-исследовательском центре нанофотоники и метаматериалов. Во-вторых, мы рассматривали наиболее актуальные сегодня направления, — комментирует Андрей Богданов, генеральный председатель Летней школы, сотрудник Международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов. — На сегодняшний день топологическая фотоника является одной из наиболее горячих тем в области современной оптики и фотоники. Чем она так интересна? Сегодня у нас есть оптическое волокно, благодаря которому мы можем пользоваться дешевым и быстрым интернетом. Как известно, сигнал передается даже через океан между материками. Но одна из существующих проблем заключается в следующем: если вы попытаетесь согнуть оптоволокно, на изломе сигнал отразится и пойдет в другую сторону. Топологическая фотоника позволяет создавать такие волноводные системы, которые поддерживают волны, распространяющиеся только в одном направлении. Таким образом, исследования в этой области открывают перспективы, в частности, в плане создания компактных интегральных оптических схем».
В этом году мероприятие поддержало Оптическое общество (OSA) – международное научное сообщество, которое объединяет ученых, инженеров, преподавателей, студентов и лидеров бизнеса, работающих в области оптики и фотоники, а также оптическая секция Университета ИТМО (Optical student chapter).
«Мы впервые сотрудничаем с Научно-исследовательским центром нанофотоники и метаматериалов, но могу сказать, что этот опыт, безусловно, успешен. Школа была организована на самом высоком уровне — на уровне крупных профессиональных школ, которые проводятся в Европе. И думаю, что в дальнейшем мы сможем продолжить сотрудничество по организации мероприятий», — говорит Михаил Ходзицкий, научный советник оптической секции Университета ИТМО.
На протяжении пяти дней участники слушали лекции от ведущих экспертов в области топологической фотоники из университетов России, Европы и США. Лекторами выступили Александр Ханикаев (The City College of New York, USA), Дмитрий Солнышков (Institut Pascal, France), Александр Поддубный (ФТИ имени А.Ф. Иоффе, Россия), Александр Пошакинский (ФТИ имени А.Ф.Иоффе, Россия), Дэниел Лейкам (Daniel Leykam) (Institute for Basic Science, Korea), Станислав Полонский (Samsung), а также сотрудники Научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО Антон Налитов, Иван Иорш и Максим Горлач.
«Организация Летней школы позволяет нам также наладить сотрудничество с зарубежными коллегами, рассказать в рамках школы о новых результатах нашей группы, — комментирует Максим Горлач, сопредседатель программного комитета школы. — В нашем центре мы развиваем направление топологической фотоники с 2014 года и за это время при поддержке Российского научного фонда получили ряд оригинальных результатов. Школа дает нам возможность рассказать о наших достижениях в широкой аудитории и привлечь мотивированных студентов и аспирантов для работы в этом быстро развивающемся направлении».
По формату Летняя школа по топологической фотонике, по сути, представляет собой единый курс, все лекции которого взаимосвязаны, рассказывает Андрей Богданов. Она строится от простого к сложному: сначала участники изучают базовые концепции топологической фотоники, после чего переходят к рассмотрению более сложного материала и завершают обучение обсуждением современных достижений и проблем в этой области. Кроме того, все лекции сопровождаются практиками, а также отдельными заданиями на самостоятельное обучение. В финале школы ее участники сдают экзамен, который позволяет определить, как они усвоили полученный материал.
Также в рамках Летней школы проходил конкурс на лучший постерный доклад: по итогам эксперты определили пять победителей. Первое место занял Хеннинг Тристан Хардер из Университета Вюрцбурга, также по два участника получили второе и третье места. Кроме того, в рамках культурной программы был организован квест, победители которого также получили награды от организаторов.
Всего мероприятие объединило более 60 молодых исследователей из университетов России, США, Великобритании, Германии, Франции, Италии, Испании, Турции, Туниса, Мексики и других стран. О том, как прошла школа и почему топологическая фотоника сегодня — действительно перспективная и динамично развивающаяся сфера, участники Летней школы рассказали ITMO.NEWS.
Хеннинг Тристан Хардер (Henning Tristan Harder), Университет Вюрцбурга, Германия
Наша научная группа занимается поляритонными топологическими изоляторами (топологические изоляторы — материалы, обладающие особыми свойствами; они отличаются тем, что проводят электричество или частицы света на поверхности собственной структуры, но остаются изоляторами внутри — прим.ред.). Мы работаем над связью света и вещества в наноструктурах. В последнее время мы пытаемся использовать топологический аспект как новую степень свободы для управления распространением света. В частности, недавно нам удалось реализовать первый экситон-поляритонный топологический изолятор (соответствующее исследование было опубликовано в журнале Nature — прим.ред.).
Топологическая фотоника — новое направление, и, как обычно бывает в таких случаях, когда вы находитесь в начале пути, сложно говорить с полной уверенностью обо всем спектре потенциальных приложений этих исследований. Мы рассматриваем использование топологии в различных фотонных системах. Одно из направлений, над которым работают исследователи — это топологический лазер, который потенциально сможет сделать оптическую передачу данных более эффективной. И, что важно, более энергоэффективной. Другое направление, по которому идут люди, — это в некоторой степени топологические квантовые вычисления.
Я первый раз в Университете ИТМО, и тематика этой летней школы — это прям то, над чем я работаю. Я являюсь экспериментатором, и такие школы для меня — это хорошая возможность понять материал, который мы обсуждаем в лаборатории, понять, как устроен эксперимент, и быть в курсе теоретической работы. Особенно полезными для меня были лекции, здесь представлены спикеры, которые очень хорошо известны в профессиональном сообществе. Когда вы просто читаете научную работу, зачастую не так просто понять новый материал. Поэтому важно искать возможности пообщаться с ведущими специалистами в области.
Виктория Руцкая, Университет Мартина Лютера, Германия
Наша группа занимается кремниевой фотоникой, в частности, мы работаем над созданием наноразмерных источников света, которые можно будет интегрировать в микросхемы. Если говорить с точки зрения практического применения — мы хотим попытаться ускорить работу компьютеров, дата-центров за счет того, что мы будем эксплуатировать фотоны вместо электронов. Также мы исследуем квантовые точки, микрорезонаторы, пытаемся усиливать люминесценцию, контролировать ее на наномасштабах.
Топологическая фотоника — это, по сути, дополнительная степень свободы, которая позволяет нам контролировать свет там, где ничем другим сделать это невозможно. Проще говоря, на очень маленьких масштабах нам нечем управлять светом, а топология и, в частности, угловые состояния позволяют свету распространяться только в нужном направлении. Из ближайших перспективных применений таких исследований можно, пожалуй, назвать лазеры на топологических состояниях. Ведь свойство, которое подразумевает, что свет в топологических материалах может распространяться только в одну сторону, позволяет нам создавать маленькие резонаторы, где свет будет фокусироваться за счет симметрии топологической защиты. Этого невозможно добиться в обычных системах. Кроме того, топологическая защищенность подразумевает устойчивость к дефектам, что, безусловно, очень важно в контексте экспериментальной реализации и индустриальных разработок.
О Летней школе, которая проводится в Университете ИТМО, я знаю давно, так как у меня налажена постоянная коллаборация с учеными этого вуза. Я приезжаю сюда очень часто, а конкретно в Летней школе участвую во второй раз. Кроме того, в этом году я приму участие в конференции МЕТАНАНО. Почему? Во-первых, Университет ИТМО приглашает на конференцию ведущих ученых в своей области, и, на мой взгляд, по уровню докладов и спикеров МЕТАНАНО не уступает, например, конференции SPIE в Америке и другим крупным конференциям в Европе. Во-вторых, Санкт-Петербург — мой родной город, и я никогда не упускаю возможность пообщаться с российскими исследовательскими группами.
Имре Озбэй (Imre Ozbay), Ближневосточный технический университет, Турция
Эта летняя школа лично для меня – хорошая возможность узнать больше из области топологической фотоники, молодого направления, которое появилось и развивается менее 10 лет. Наиболее полезными для меня была лекция Александра Ханикаева, а также вступительная лекция Максима Горлача, где он рассказал об основных, базовых концепциях топологической фотоники. Выполняя задания, вы можете научиться решать одну конкретную проблему, на лекциях же можно охватить широкий материал и узнать весь спектр различных проблем и ключевых тем, которые актуальны сегодня в этой области.
Я являюсь исследователем в Ближневосточном техническом университете и работаю в области фотоники и метаматериалов. В частности, мы занимаемся изучением и разработкой устройств для энергетики, затрагивая контекст альтернативных источников энергии. На мой взгляд, потенциально концепции топологической фотоники в будущем могут быть интересны и для развития приложений в области солнечной энергетики.
Маттео Секли (Matteo Secli), Международная школа передовых исследований (SISSA), Италия
Я аспирант в SISSA и состою в группе, которая занимается теорией конденсированного состояния. В настоящее время я также работаю в области топологической фотоники, в частности, над топологическими лазерами. Это новый класс лазеров, с помощью которого в перспективе можно улучшить энергопотребление лазеров. Также благодаря нему вы можете иметь возможность создавать лазеры любой формы, которую вы хотите. Таким образом, вы можете использовать их в смартфонах, в новых устройствах, кроме того, одна из перспектив их применения — повышение точности лазеров, которые используются, например, для космической навигации и так далее.
Я начал заниматься этой сферой всего пару лет назад. Поэтому я решил принять участие в этой летней школе, так как хочу больше узнать об этой новой, активно развивающейся области. Главная и наиболее полезная возможность, которую, на мой взгляд, дает эта школа — это возможность пообщаться с другими специалистами, которые активно работают в сфере топологической фотоники, обменяться мнениями, а также обсудить темы, которые актуальны сегодня. Ведь в процессе обсуждения у вас появляются новые идеи, вы по-новому можете взглянуть на вашу собственную работу, а также найти новые перспективы для развития ваших исследований.
