Премия правительства Санкт-Петербурга
Ежегодно администрация Петербурга присуждает 20 премий за различные достижения в области образования, в этом году в конкурсе по разным номинациям участвовали 66 работ. Премию за научное обеспечение для подготовки специалистов в области метаматериалов получил авторский коллектив центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО: декан физико-технического факультета Павел Белов, руководитель международной лаборатории «Прикладная радиофизика» Ирина Мельчакова и ведущий научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов Константин Симовский.
«В нашей заявке мы описали, как за менее чем 10 лет мы смогли сформировать динамичную и современную научную школу – международный центр нанофотоники и метаматериалов. Началось все с работы небольшой исследовательской группы, затем возникла лаборатория “Метаматериалы”, потом появилась кафедра нанофотоники и метаматериалов, а сегодня у нас есть уже физико-технический факультет. С самого начала работа на кафедре организовывалась так, чтобы студенты и аспиранты были вовлечены в научную работу если не с первого курса, то точно со второго. Чтобы они занимались в реальных лабораториях, помогали нашим ученым, обучались тому, как устроена научная работа. Иными словами, мы всегда были нацелены на воспитание будущих ученых», – прокомментировала Ирина Мельчакова.
Так, сегодня около 90 % всех научных публикаций, которые создаются на физико-техническом факультете, пишутся с участием студентов и аспирантов, молодых кандидатов наук, которые являются движущей силой исследований и активно вовлечены в научную работу. Существенно возросло и само количество публикаций сотрудников и обучающихся физтеха. Если на первых этапах формирования научной школы выходило до 10 статей в год, то теперь публикуется больше 100 материалов. При этом уровень журналов также существенно вырос. Как сказал один из самых цитируемых физиков мира, руководитель центра нанофотоники и метаматериалов Юрий Кившарь, в 2010 году физики Университета ИТМО стремились опубликовать статью хотя бы в Physical Review Letters, сегодня же статьи отправляются в Nature или Science.
Студенты и аспиранты физико-технического факультета активно участвуют в международных научных конференциях и выигрывают на них конкурсы докладов, отмечаются дипломами. Благодаря развитым научным контактам у обучающихся факультета есть возможность пройти стажировку в Австралии (Австралийский национальный университет), Финляндии (Университета Аалто) и других исследовательских центрах – всего международный научный центр нанофотоники и метаматериалов проводит совместные исследования с 20 вузами по всему миру, а в самом центре работают 19 иностранных ученых. Кроме того, студенты постоянно получают различные гранты и премии от правительства РФ, научных фондов, а также международных научных организаций. Так, среди обучающихся есть получатели стипендий SPIE Scholarship, MTTs Scholarship. Научные сотрудники центра являются получателями грантов различного уровня, в исследованиях по которым также участвуют студенты и аспиранты – всего у центра есть 43 гранта (на март 2018 года).
Гранты президента
Гранты президента Российской Федерации выделяются молодым кандидатам наук на двухлетний срок для проведения фундаментальных и прикладных исследований в областях, которые определены в Стратегии научно-технологического развития страны. Эти исследования должны способствовать появлению технологий, которые станут основой для инновационных продуктов и услуг на внутреннем и внешнем рынках России. Среди приоритетных направлений исследований могут быть: IT, робототехника, искусственный интеллект, экологически чистая энергетика, персонализированная медицина, устойчивое развитие производств, безопасность. Поэтому при оценке заявок экспертная комиссия также учитывает прикладное значение исследований и перспективы публикации их результатов в крупных международных журналах, так как это показывает степень актуальности научной работы. На конкурс можно отправлять заявки по нескольким дисциплинам. В Университете ИТМО грант президента получили три молодых кандидата наук.
Иван Иорш, руководитель международной лаборатории фотопроцессов в мезоскопических системах, получил грант по дисциплине «Физика и астрономия» для исследования «Квантовые метаповерхности в режиме сильной связи свет-вещество». Исследования являются фундаментальными, но позволят создавать интегрированные оптические чипы. Оно направлено на решение фундаментальной проблемы нанофотоники, которая заключается в низком уровне нелинейного отклика в оптических системах, то есть фотоны крайне неохотно друг с другом взаимодействуют, рассказал Иван Иорш. Это проблема препятствует реализации оптических логических элементов на основе метаповерхностей, хотя они открывают множество возможностей по управлению распространением света на наномасштабе.
«Возможным решением проблемы является реализация так называемого режима сильной связи света с веществом. В этом режиме фотон "замешивается" с материальными возбуждениями среды (в нашем случае с экситоном – связанной электрон-дырочной парой), которые как раз друг с другом взаимодействуют отлично. Таким образом, мы можем опосредованно достигнуть крайне высокого уровня оптической нелинейности даже в обычных волноводах. Если бы удалось реализовать такой режим в метаповерхностях, где нелинейность усилена за счет локализации электромагнитного поля, можно бы было в перспективе создавать оптические логические элементы с маленькими операционными мощностями. Кроме того, в системах с большой оптической нелинейностью есть надежды на реализацию новых квантово-оптических эффектов. В качестве материала с экситонами мы предложили использовать новые двумерные материалы – дихалкогениды переходных металлов. Их плюсом является то, что экситоны в таких материалах существуют и при комнатной температуре, хорошо друг с другом взаимодействуют. Помимо этого, такие материалы легко интегрируются с метаповерхностями», – описал исследование Иван Иорш.
Студенты и аспиранты Университета ИТМО также могут участвовать в этом исследовании и заниматься:
- моделированием квантового транспорта и квантово-оптических процессов в дихалкогенидах переходных металлов;
- определением материальных параметров двумерных материалов;
- фабрикацией структур (для этого есть все необходимое оборудование и эксперты в области);
- проводить экспериментальные оптические измерения.
Андрей Богданов, научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов, получил грант президента в области физики и астрономии для исследования «Поверхностные электромагнитные волны в диэлектрических и плазмонных наноструктурах». Проект посвящен исследованию фундаментальных проблем современных информационных технологий. Решение задач, поставленных в рамках проекта, потенциально позволит совершить качественных скачок в развитии технологий обработки и передачи информации, сообщил получатель гранта. Одним из основных результатов проекта будет ответ на вопрос: насколько эффективно использовать поверхностные волны, локализованные на диэлектрический и плазмонных наноструктурах, для передачи и обработки оптических сигналов в рамках одной интегральной микросхемы.
«Сегодня оптоволокно успешно используется для передачи информации в виде оптического сигнала. Во многом благодаря этому у нас есть быстрый и недорогой доступ в интернет. Полноценная замена электрических проводов и микросхем внутри компьютеров на оптические поможет существенно снизить энергопотребление и позволит обрабатывать информацию в десятки раз быстрее. В ходе работы по гранту теоретически и экспериментально будет исследована возможность использования поверхностных электромагнитных волн на планарных плазмонных и диэлектрических наноструктурах для передачи оптического сигнала в рамках одной интегральной микросхемы», – описал суть проекта Андрей Богданов.
В ходе работы над проектом ученый и его коллеги будут решать множество задач в области теоретической физики, электродинамики сплошных сред и квантовой оптики. Поучаствовать в этих актуальных исследованиях и получить опыт научной деятельности приглашаются магистранты и аспиранты Университета ИТМО.
В области информационно-телекоммуникационных систем и технологий грант президента получил доцент кафедры высокопроизводительных вычислений Сергей Ковальчук для проведения исследования по теме «Методы и технологии управления сложными моделями с использованием подходов суррогатного моделирования». Исследование является фундаментальным и направлено на изучение возможности автоматизировать управление сложных моделей различных систем. Возможность автоматизации моделирования будут исследоваться на двух прикладных примерах. Первый – это моделирование уровня Балтийского моря, в рамках которого планируется повышение качества работы существующих моделей, используемых при предсказании наводнений, что критически важно для безопасности Санкт-Петербурга. Другой пример – это моделирование процессов лечения потока пациентов в рамках отделений специализированного медицинского центра. Традиционно процессы в медицине и здравоохранении характеризуются крайне высоким уровнем неопределенности. Она связана с высокой разнородностью потока пациентов, наличием множества аспектов в рамках процессов лечения, индивидуальными особенностями поведения врачей и пациентов, а также другими характеристиками процесса.
Однако это лишь примеры того, где можно применять разрабатываемые подходы сложного моделирования. Они помогают создавать системы поддержки принятия решений, которые могут, например, облегчить работу врачам, снизить влияние человеческого фактора, или, напротив, расширить возможности персонализации медицинских решений. В целом же, предсказательные модели применимы во многих областях, в том числе в градостроении, развитии умных городов, социальных исследованиях.
«В ходе исследований будут получены результаты, которые позволят вывести на принципиально новый уровень решение задач управления сложными композитными моделями: будут выработаны общие подходы, методы и алгоритмы для решения задач автоматизации процессов моделирования как в рамках научных исследований, так и в составе автоматизированных и автоматических систем управления, рекомендательных систем, систем поддержки принятия решений и других, основанных на результатах моделирования. В рамках работы по гранту мы будем использовать суррогатное моделирование, машинное обучение, автоматическую модификацию моделей в зависимости от исходных данных, эволюционные и облачные вычисления. Автоматизация построения моделей позволит значительно упростить их настройку и применение», – прокомментировал получатель гранта.
