Оптические чипы в чашке Петри и квантовые сети — магистратура мегафакультета фотоники ИТМО
Сегодня мы расскажем, что изучают магистры и чем занимаются выпускники факультета. Также поговорим об их знаковых работах вроде гиперболических плазмон-поляритонов.
Фото Университета ИТМО
Пара слов о мегафакультете фотоники
Он объединяет четыре факультета: прикладной оптики, лазерной фотоники и оптоэлектроники, фотоники и оптоинформатики, а также физико-технический. Здесь изучают технологии, связанные с обработкой светового излучения и оптических сигналов.
«Если информационные технологии — это индустрия настоящего, то фотоника — индустрия будущего. Объем глобального рынка фотоники в настоящий момент составляет 550 млрд долларов, но уже к 2023 году достигнет примерно 800 млрд долларов, что обеспечивает рост потребности в квалифицированных специалистах, в том числе и в России»— Владислав Бугров, директор мегафакультета фотоники
На фото: Владислав Бугров
Сотрудники, магистранты и аспиранты синтезируют материалы с несуществующими в природе оптическими и электромагнитными свойствами, разрабатывают квантовые технологии. Например, в 2017 году на мегафакультете запустилипервую в России и СНГ квантовую сеть. Это — система передачи данных, информация в которой транслируется с помощью фотонов и надежно защищена от «прослушки» и хакерских атак.
В перспективе технологию будут использовать банки. Они получат еще более защищенные каналы связи между отделениями и подразделениями. Применение квантовым сетям также найдут спецслужбы и телекоммуникационные компании.
В начале лета группа инженеров под руководством специалистов Нового физтеха ИТМО также предложила метод «выращивания» оптических чипов в обычной чашке Петри. Для волновода специалисты выбрали фосфид галлия, а для микролазера — галогенидный первоскит. Материалы помещают в чашку с раствором перовскитных чернил, и на волноводе вырастает источник света. После этого лазер с волноводом оставляют на подложке и создают основу для оптического чипа. Дальность излучения такой системы превышает возможности аналогов с серебряными или кремниевыми нановолноводами. Размер элементов чипа при этом в три раза меньше.
«На физико-техническом факультете ИТМО ведутся фундаментальные и прикладные исследования в области нанофотоники, радиофизики, физики твердого тела, а также междисциплинарные исследования на стыке физики, химии, информатики, биологии. Они включают метаматериалы, оптоэлектронику, адресную доставку лекарств, топологическую фотонику, биофотонику, оптомеханику, беспроводную передачу энергии, радиофизику и другие направления. На факультете есть шесть международных лабораторий, оснащенных современным исследовательским оборудованием, в которых работает большой коллектив молодых ученых»— Юлия Толстых, инженер физико-технического факультета
Студенты также занимаются научной работой — её результатом часто становятся публикации в тематических журналах (Nature Communications, Journal of Physics, Nanophotonics и других) и выступления на международных конференциях.
Расскажем о направлениях научных изысканий магистрантов мегафакультета.
Нанофотоника и метаматериалы
Здесь изучают новые материалы с уникальными оптическими свойствами и методы оптического управления — то, как свет взаимодействует с веществом.
«Студенты бакалавриата и магистратуры с самых первых семестров учебы попадают на научную практику в лаборатории и моментально все схватывают. Зачастую они уже гораздо лучше разбираются в отдельных вопросах, и они уже объясняют детали работы — это чудесно»— Георгий Зограф, аспирант физико-технического факультета ИТМО
Они проводят как теоретические, так и практические исследования — результаты получают признание на мировом уровне. В 2015 году нашим студентам совместно с преподавателями удалось предсказать существование нового типа электромагнитных поверхностных волн — гиперболических плазмон-поляритонов. Позже догадки подтвердили экспериментально, и за последние пять лет эти электромагнитные состояния обнаружили в микроволновом, инфракрасном и оптическом диапазонах.
Фото: Who«s Denilo? / Unsplash
В перспективе они могут стать носителями оптического сигнала и использоваться в системах обработки и передачи информации.
«Во время обучения в магистратуре мы с коллегами теоретически предсказали новый тип электромагнитных поверхностных волн, которые сегодня известны в мире как гиперболические плазмон-поляритоны. В 2015 году по результатам этой работы — опубликовали статью в авторитетном журнале Physical Review B, при этом редакторы журнала особо выделили и рекомендовали нашу работу»— Олег Ермаков, выпускник и куратор программы «Нанофотоника и метаматериалы»
На фото: Олег Ермаков
Университет ИТМО сотрудничает с большим количеством партнеров — международным центром НИЦ нанофотоники и метаматериалов, научно-исследовательскими лабораториями и вузами.
На факультете еженедельно проводятся открытые семинары по актуальным проблемам в радиофизике, оптике и теоретической физике с участием зарубежных и российских ученых.
У студентов есть возможность поехать на международные научные стажировки с обучением на английском языке и получить двойной диплом от одного из европейских университетов. Магистры получают навыки, необходимые для работы в крупных профильных компаниях, специализирующихся на оптических технологиях — это Samsung, Bosch, Huawei и Corning.
Некоторые студенты решают запустить собственные проекты — в этом случае факультет оказывает поддержку. Ряд выпускников решает продолжить заниматься наукой и продолжает академическую карьеру в образовательных учреждениях России, Китая, Америки, Сингапура, Австралии и других стран.
«Во время обучения в бакалавриате и при поступлении в магистратуру у меня не было и мысли о том, что я буду ученым — я просто любил физику. Передо мной снова стал важный выбор — куда именно поступать в аспирантуру. Я получил предложения от нескольких европейских университетов, но все-таки решил продолжить карьеру в ИТМО. За время обучения в аспирантуре ИТМО я также много работал и представлял свои результаты за рубежом. В частности, за последние два года у меня было три стажировки в Техническом университете Дании и две стажировки в Институте фотонных технологий имени Лейбница в Германии. Кроме того, я посетил ряд конференций и симпозиумов не только в различных городах России, но и во Франции, Италии, Дании и даже Сингапуре»— Олег Ермаков
Физика полупроводников
Образовательная программа основана в партнерстве с Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе. Студенты этого направления изучают теорию фотонных структур, оптику твердого тела, электродинамику метаматериалов, физику полупроводниковых наноструктур, а также линейную и нелинейную магнитофотонику и наноплазмонику.
Магистранты могут выбрать для себя специализацию — курсы по теоретической или экспериментальной физике (хотя посещать занятия по обоим направлениям не возбраняется). Теоретический трек подразумевает углубленное изучение отдельных разделов квантовой механики, а также численные методы в физике полупроводников. Что касается экспериментального трека, то он включает цикл лабораторных работ для ознакомления с технологией производства полупроводниковых структур.
Фото: Karsten Würth / Unsplash
Студентами и преподавателями вуза уже были реализованы несколько проектов в этой области. В 2017 году они разработали новое покрытие для солнечных батарей на основе аморфного кремния. Инженеры изменили структуру верхнего электрода солнечного элемента — в него погрузили стеклянные объекты в форме капли размером в микрометр. Они фокусируют свет в слое полупроводника и снижают отражение лучей.
«Этот метод позволяет сформировать структуру электрода, буквально выстраивая его по атомам. Образуется очень качественное покрытие, дающее хорошую проводимость. В результате общая эффективность солнечной батареи увеличивается на 20%. Такой электрод со стеклянными вкраплениями можно использовать для тонких солнечных батарей на основе не только аморфного кремния, но и любых других материалов»— Михаил Омельянович, аспирант Нового физтеха ИТМО
Помимо «Нанофотоники и метаматериалов» и «Физики полупроводников», у нас есть две программы по физике на базе мегафакультета фотоники — «Светодиодные технологии и оптоэлектроника» и «Информационные технологии в теплофизике». Подробнее о них расскажем в следующий раз.
О других направлениях магистратуры:
Что еще у нас есть на Хабре:
