Лаборатория метаматериалов

Научные результаты:

• Установлена возможность динамического контроля за диаграммой рассеяния металло-диэлектрических наноантенн, что является потенциалом для создания сверхбыстрых оптических переключателей со временем переключения всего 40 фемтосекунд.
• Разработана и реализована экспериментально (в микроволновом диапазоне частот) общая концепция динамически перестраиваемых метаматериалов, основанных на пионерском подходе, заключающемся в изменении освещенности метаматериала внешним удаленным источником.
• Выведен способ повышения чувствительности установок магнитно-резонансной томографии при помощи эндоскопов из метаматериалов. На основе открытия создано МИП «МЕТА-МРТ», где в настоящее время активно идут разработки устройств на основе метаматериалов для применения в медицине, в частности в МРТ и детской ортопедии. В результате работы по данному направлению разработаны несколько моделей эндоскопов для сокращения времени сканирования объектов в МРТ.
• Разработаны метаповерхности для усиления сигнала в магнитно-резонансном томографе, позволяющие увеличить сигнал/шум изображений как минимум в 2 раза. На их основе создан прототип беспроводной катушки для конечностей для МРТ.
• Доказано экспериментально существование нового класса оптических аналогов топологических изоляторов, в которых по поверхности распространяется не электрический ток, а электромагнитное излучение. Такой тип изоляторов может быть использован в оптических чипах, линиях связи и квантовых компьютерах.
• Продемонстрирована возможность создания сверхбыстрого оптического транзистора всего лишь из одной кремниевой наночастицы. Результаты работы в дальнейшем могут быть использованы при разработке оптических компьютеров, где транзисторы должны обладать способностью сверхбыстрого переключения и повышенной компактностью.

Внедрение результатов исследования:

Разработанные концепции и теории позволяют более точно анализировать характеристики метаматериалов и возможности управления ими, что является ключевым моментом для создания практических устройств на их основе (маскирующих покрытий, суперлинз, устройств для получения и обработки информации и многое другое).

Зарегистрировано 3 уникальные установки:

1. Система ввода-вывода излучения с тремя независимыми оптическими каналами и вспомогательными оптико-механическими элементами для стыковки сканирующего зондового микроскопа с микроспектрометром (AIST-NT TrIOS).
2. Многофункциональная зондовая установка для проведения комплексных наномасштабных исследований оптических метаматериалов AIST-NT (МЗУ AIST-NT).
3. Безэховая камера.

Образование и переподготовка кадров:

• Организован физико-технический факультет на базе Международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов. Реализуются 3 магистерские программы («Метаматериалы», «Фотоника диэлектриков и полупроводников» и «Радиочастотные системы и устройства») и 1 бакалаврская программа («Нанофотоника и квантовая оптика»). На факультете обучаются 46 аспирантов по специальностям «Оптика», «Радиофизика», «Физика конденсированного состояния».
• Организованна кафедра нанофотоники и метаматериалов в Университете ИТМО.
• Ежегодно проводится школа для молодых ученых Doctoral Summer School on Nanophotonics and Metamaterials.

Сотрудничество:

• Австралийский национальный университет (Австралия): совместные исследования в области диэлектрических и гибридных наноструктур и наноантенн для приложений биофотоники и для работы с одиночными NV-центрами, студенческие обмены, программы двойной аспирантуры.
• Швейцарская высшая техническая школа Цюриха (Швейцария): совместные исследования в области диэлектрических и гибридных наноструктур для биофотоники.
• Лейденский университет (Нидерланды): совместные исследования в области разработки метаустройств для магнитно-резонансной томографии.
• Университет Аалто (Финляндия): совместные исследования в области разработки метаповерхностей для приложений магнитно-резонансной томографии и беспроводной передачи энергии, а также в области разработки наноструктур для солнечной энергетики, студенческие обмены, программы двойной аспирантуры.
• Датский технический университет (Дания): совместные исследования в области управления светом на субволновых масштабах с помощью перестраиваемых метаповерхностей и одиночных оптических наноантенн.
• Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН (Россия): совместные исследования резонанса Фано в фотонике, а также разработки трехмерной субмикронной аддитивной технологии для создания элементной базы фотоники, базовая кафедра.