В ходе визита вы прочитали лекцию для студентов Университета ИТМО. О чем вы им рассказывали?
Я сотрудничаю с группой Павла Белова, и лекция была посвящена последним результатам наших совместных исследований по очень актуальной тематике. Мы занимаемся разработкой нового класса метаматериалов — оптических топологических изоляторов. Для чего они нужны? Свет, распространяясь в оптоволоконных линиях (световодах) рассеивается, теряет передаваемую энергию. Это происходит, в том числе, из-за деформации и изгибов световодов при наложении на них покрытий и защитных оболочек во время изготовления оптического кабеля. Как следствие, оптические потери снижают эффективность передачи сигнала по оптоволокну. Мы же разрабатываем метаматериалы, в которых свет будет распространяться без нежелательных потерь, иными словами, без отражения и рассеивания.
Чтобы вы могли понять, как мы хотим это сделать, поясню, что такое твердотельный топологический изолятор. Это материал, который внутри является диэлектриком, а электрический ток проводит только тонкий слой на его поверхности. На этом поверхностном слое электроны находятся как бы в «защищенном» состоянии — они крайне устойчивы к дефектам материала.
Мы разрабатываем оптические аналоги твердотельных топологических изоляторов, в которых будет распространяться свет. В краевых состояниях оптические волны «защищены» от изгибов, дефектов волноводов. Благодаря этому удастся избежать оптических потерь, которые раньше возникали из-за нагревания проводящего материала или поглощения им света.
Какими будут прикладные результаты этих исследований?
Благодаря топологическим системам мы можем добиться такого поведения волн, которое раньше было технически недостижимо. Каким бы качественным не был процесс производства, на сегодняшний день невозможно создать оптический волновод без дефектов поверхности. Из-за них сигнал, который передают по волноводу, постепенно затухает, и в какой-то момент его уже не детектировать. Конечно, в современных оптоволоконных сетях есть усилители сигнала, но с помощью топологических систем мы сможем избежать возникающих оптических потерь. Это, в том числе, приведет к интеграции электронных и оптических компонентов на единой платформе.
О чем вы собираетесь рассказывать на Летней школе по нанофотонике и метаматериалам?
Это будет цикл лекций, и он будет отличаться по подаче от той, которую я провел для студентов Университета ИТМО. Если в вузе я прочитал скорее вводную лекцию, то на Летней школе я буду рассказывать о математических методах моделирования, более углубленно поясню ту работу, которую мы проводим по топологическим системам в фотонике. Кроме того, недавно я начал изучать, как добиться подобных свойств краевых состояний в звуковых волнах, которые распространяются в твердых телах или в газе, и на Летней школе я планирую говорить и об этом. Исследования в этой сфере позволят открыть совершенно новые принципы, по которым работают современные акустические устройства. Метаматериалы для управления распространением звуковых волн — это тоже очень актуальная сегодня тема научных исследований.
В чем лично для вас смысл приезжать с лекциями в другие университеты, на образовательные мероприятия?
Часто говорят, что в физике уже якобы все открыто и сделано. Я же считаю, что смысл работы ученого не только в том, чтобы приумножать знания, но и в том, чтобы передавать их и накопленный в науке опыт следующим поколениям. Если мы потеряем преемственность достижений, то настанет коллапс цивилизации. Такие лекции и мероприятия необходимы для развития сотрудничества с коллегами. А кто-то из студентов, например, послушает о звуковых волнах и метаматериалах и решит заняться этой научной областью в будущем. Мы верим, что топологические системы — это очень перспективная сфера для работы ученых.
Международная летняя школа, посвященная нанофотонике и метаматериалам, пройдет с 21 по 24 июня в спортивно-оздоровительном лагере Университета ИТМО «Ягодное». С лекциями и докладами выступят представители Стэнфордского университета (США), Института Ланжевена (Франция), Университета Аалто (Финляндия), Технологического университета (Австралия), Университетского колледжа Лондона (Великобритания) и других. Программа мероприятия уже опубликована на официальном сайте. Регистрация участников заканчивается 13 мая. Запросы на получение приглашений для оформления визы принимаются до 20 мая.
