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.
Топологические метаматериалы для света и звука
Доклад Александр Ханикаева, Колледж Квинса Городского университета Нью-Йорка.
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.
Плазмонные микросхемы: теория и применение
Доклад Валентина Волкова, Центр нанооптики, Университет южной Дании.
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.
Топологические эффекты в непрерывных системах
Доклад Марио Сильверинья, Лиссабонский университет.
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 для составления карт мозга и мозговой стимуляции
Доклад Михаила Барабаненкова, Институт физики твердого тела РАН.
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 своем докладе Михаил Барабаненков представил последние исследования в этой области.
Улучшенние работы сенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса
Доклад Дарьи Игнатьевой, МГУ.
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.
Результаты конференции
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.
