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».

Андрей Богданов
Андрей Богданов

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

Метаматериалы. Источник: shutterstock.com
Метаматериалы. Источник: shutterstock.com

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.

Александр Поддубный
Александр Поддубный

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

Лекция Ильи Рассказова «От наномира к большой науке». Источник: www.youtube.com
Лекция Ильи Рассказова «От наномира к большой науке». Источник: www.youtube.com

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

Хорхе Фернандес. Фото из личного архива
Хорхе Фернандес. Фото из личного архива

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

Дипа Гиндани. Фото из личного архива
Дипа Гиндани. Фото из личного архива

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.

Перейти к содержанию