С 6 по 10 июля прошла пятая международная летняя школа по метаматериалам и нанофотонике Университета ИТМО — METANANO SCHOOL 2020. В этом году, как и большинство конференций, мероприятие перевели в онлайн — это позволило расширить географию участников и значительно увеличить их количество, а также сделать школу абсолютно бесплатной. В итоге школу посетили 230 участников из 105 университетов и 40 стран мира.
О школе
Главная особенность школы — образовательная программа, построенная по принципу единого курса от простого к сложному, чтобы студенты с разной подготовкой могли этот курс освоить. Лекции читают профессора из ведущих университетов мира, с которыми у Нового физтеха налажены профессиональные связи и рабочие отношения. Это позволяет ежегодно делать программу слаженной и последовательной, нацеленной на освоение навыков и инструментов, которые помогут студентам профессионально расти.
Тема этого года ― задачи рассеяния в фотонике. Как объясняет главный организатор школы, старший научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО и руководитель образовательной программы «Нанофотоника и метаматериалы» Андрей Богданов, эта тема — одновременно и фундаментальная, и сугубо прикладная.
«Сегодня фотоника пытается в каких-то областях заменить электронику — создать аналоги транзисторов, элементов памяти и соединительных элементов на основе нанофотоники. А рассеяние ― это простейшее проявление взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, которое лежит в основе множества оптических и оптоэлектронных устройств, ― рассказывает он. ― Совсем недавно основным конкурентом электроники была плазмоника, которая изучает взаимодействие света с металлическими наноструктурами и позволяет миниатюризировать оптические элементы. Однако не так давно было показано, что диэлектрические структуры могут справляться с этой задачей не хуже, а то и лучше, чем металлические».
Как отмечает Андрей Богданов, основной недостаток металлических структур — это омические потери, и как следствие ― нагрев, приводящий к снижению энергоэффективности. В диэлектрических структурах на основе полупроводников — кремния, оксида галлия, фосфида галлия — потери в ближнем инфракрасном диапазоне пренебрежимо малы, а показатель преломления достаточно высокий, что позволяет использовать даже небольшие частицы в качестве эффективных резонаторов.
«Школа посвящена теории взаимодействия света с резонансными диэлектрическими наноструктурами: как численно и аналитически описывать процесс такого взаимодействия, как применять эти методы описания к реальным структурам и так далее. Цель школы — дать студентам тот необходимый минимальный набор знаний, чтобы они могли самостоятельно в дальнейшем читать литературу по этой тематике, научные статьи, то есть обеспечить входной порог в эту область знаний», ― добавляет главный организатор школы.
Формат
Помимо лекций, в рамках школы проводятся и практические занятия для закрепления теории. Так студенты не только получают базовые фундаментальные знания, но и осваивают конкретные навыки работы в программе Matlab и пакете моделирования Comsol. К слову, компания Comsol в этом году выступила партнером школы и предоставила временный бесплатный доступ к пакету для всех участников.
Практические занятия вели научный сотрудник физико-технического факультета ИТМО Ксения Барышникова и аспирантка Кристина Фризюк. Практики дополняли лекцию по мультипольному разложению от Андрея Евлюхина, профессора Ганноверского университета, и лекцию по точным многополярным разложениям с приложениями в нанофотонике от Ивана Фернандеса-Корбатона, исследователя из Технологического института Карлсруэ.
Также лекции прочитали Андрей Богданов, председатель программного комитета школы, Илья Рассказов из Университета Рочестера — он рассказал о преломлении света в многослойных сферах, Константин Симовский, научный сотрудник Университета Аалто, ученый рассказал о теории гомогенизации периодических резонансных структур. В завершающий день выступил профессор Александр Поддубный из ФТИ им. А. Ф. Иоффе с лекцией по преломлению света в дрожащих частицах.
Формат школы предполагает постерные доклады от самих студентов — в этом году их число значительно увеличилось. На школе выступили 40 докладчиков, которые представляли свои работы в течение двух дней. С постерами выступили молодые ученые из ИТМО, Сколтеха, МГУ, Университета Тампере (Финлядия), Государственного университета Кампинаса (Бразилия), Университета Галле-Виттенберга (Германия) и многих других. Лучшие выступления оценивались членами жюри, победители получили сертификаты на книги, участие в конференции METANANO 2021 и будущей летней школе, курсы SPIE и книгу Лукаса Новотного «Principles of Nano-Optics» с подписью декана Павла Белова.
Корреспондент ITMO.NEWS поговорил с участниками школы об их впечатлениях, уровне организации и непривычном онлайн-формате.
Илья Рассказов
Университет Рочестера, США
Я работаю в Институте оптики Университета Рочестера — специализируюсь на задачах рассеяния света в разных приложениях: инфракрасной спектроскопии, плазмонике, фотонике. В основном я занимаюсь компьютерным моделированием, однако при этом успеваю взаимодействовать с экспериментаторами.
Я первый раз участвую в этой летней школе, правда, еще будучи студентом я приезжал в ИТМО на Дни дифракции, выступал там с докладом как студент-аспирант.
Если говорить о теме моих лекций совсем просто, то я рассказываю «что будет, если посветить на многослойные шарики». Такие объекты, как многослойные шарики, используются в разных задачах: например, в солнечных батареях для концентрации энергии солнца, в конструировании нанолазеров или в биоимиджинге.
На лекциях я рассказывал, как правильно с точки зрения теории рассматривать рассеяние света в таких многослойных структурах и как правильно изучать различные их характеристики, чтобы можно было использовать эти шарики для того или иного применения. Также я провел два практических занятия на программном обеспечении, которое мы разработали на основе кода на Matlab. Главной задачей было научить студентов правильно рассчитывать характеристики объектов и физических явлений, чтобы они смогли потом это повторить своими руками.
У меня большой опыт взаимодействия с коллегами в режиме онлайн, потому что я нахожусь в США, но работаю с учеными из России, Китая, Европы. В принципе, это достаточно просто: шерить экран, показывать что-то. Но с онлайн-режимом проведения именно практического занятия я столкнулся первый раз, но мне все понравилось. Жалко, что нельзя приехать. Санкт-Петербург — один из моих любимых городов, у меня там много друзей и родственников. Конечно, приятно общаться с людьми лично — такие моменты никаким онлайн-форматом не заменишь. Но с точки зрения науки могу сказать, что все прошло прекрасно. И организация получилась также на высшем уровне.
Мне было интересно понаблюдать, насколько удачным будет формат постерных сессий в Zoom. Опять же, все было очень хорошо организовано: у каждого свой личный кабинет, личная конференция, в которой можно задавать вопросы. У студентов-аспирантов из Университета ИТМО всегда высочайший уровень: очень сильные работы, очень сильные студенты, превосходная подготовка презентаций, слайдов, богатый научный бэкграунд.
Больше всего мне понравились доклад Павла Трофимова из Университета ИТМО — он рассказывал про наноантенны, и Ильи Фрадкина из Сколтеха — он рассказывал про плазмонные материалы, которые умеют быстро менять свое агрегатное состояние.
Хорхе Фернандес (Jorge Fernández)
Государственный университет Кампинаса, Бразилия
Я инженер телекоммуникационных систем в Университете Кампинаса, работаю с плазмоникой в применении к биосенсорам, изучаю плазмонный резонанс в классической конфигурации Кречмана с использованием оптоволокна и волноводов в микрочипах.
В своем докладе я показал несколько компьютерных моделей и симуляций плазмонных сенсоров, в которых используется оптоволокно. Цель моих исследований — использовать максимум преимуществ оптоволокна, чтобы сделать многофункциональный портативный сенсор на основе одной платформы так, чтобы мы смогли, например, детектировать ранние стадии болезней.
Об Университете ИТМО я знаю давно, потому что я проходил онлайн-курс по плазмонике от Андрея Богданова и Михаила Петрова на платформе EdX. Мне понравился этот курс, так что я подписался на информационную рассылку от Университета ИТМО. Когда мне пришло сообщение о наборе в летнюю школу, я, долго не думая, сразу записался.
Мне понравилась школа, ее организация. Мы даже обсудили с другими участниками, насколько высокий уровень у лекций и что лекторы — действительно эксперты в своих областях. Жаль, конечно, что не получилось присутствовать лично — но я определенно приеду сюда в следующем году.
Дипа Гиндани (Dipa Ghindani)
Университет Тампере, Финляндия
Я окончила магистратуру по электронным системам и коммуникациям в Индии, а сейчас я аспирант в Университете Тампере, в группе метаплазмоники. Мои исследования лежат в области плазмоники, нанофотоники и активных метаповерхностей.
На школе я продемонстрировала активно настраиваемые метаповерхности, которые получаются из интеграции материалов с близкой к нулю диэлектрической проницаемостью в плазменные нано-антенны. Такие поверхности могут эффективно использоваться в фотонных схемах, в миниатюрных микросенсорах и настраиваемых фильтрах.
Об этой школе я узнала от своих коллег по Университету Тампере — это первый раз, когда я посещаю мероприятие от Университета ИТМО. Очень хотелось посмотреть ваш замечательный город. Но я признательна создателям школы за то, что они все-таки провели школу онлайн, а не отменили вовсе, а также за все их усилия, которые они вложили в организацию лекций, практик и развлекательной части.
Больше всего в этой школе мне понравились две вещи. Первая — что записи лекций и практических занятий навсегда останутся доступны в записи, так что я в любой момент смогу к ним вернуться и пересмотреть. Вторая — то, как была организована постерная сессия — это абсолютно гениально. У нас у всех были собственные комнаты в Zoom, куда все желающие могли приходить и задавать свои вопросы. Получилось похоже на живое общение.
