Ksenia Baryshnikova— Kandidat der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Forscher am International
Metalins und optischer Computer
- Welche Entwicklungen machen Sie derzeit bei ITMO? Ist das eine wissenschaftliche Tätigkeit oder Arbeit an Projekten?
— Ich beschäftige mich mit Grundlagenforschung, das ist nicht der FallDabei handelt es sich um ein Endergebnis in Form eines Produkts auf dem Markt. Ja, wir haben einige Testsachen – insbesondere werde ich diesen Sommer als Lehrer bei Sirius arbeiten und dort werden wir ein Metallgehäuse für WLAN herstellen. Wir werden es aus Kugeln herstellen, die Größe der Linse beträgt etwa einen Meter. Eine ziemlich nutzlose Option fürs Leben. Aber das Design, das wir testen werden, ist in der Optik sehr nützlich.
Die Metalens bestehen aus einer großen Anzahl von Platten bzwKugeln mit einer Größe in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts, die die Richtung und Phase der einfallenden Strahlung verzerren. Durch die Anordnung der Platten in einer bestimmten Reihenfolge können Sie das Licht fokussieren und so eine normale Linse simulieren. Mit Hilfe von Metalllinsen ist es möglich, die Beugungsgrenze zu überwinden, also Objekte aufzulösen, deren Größe kleiner ist als die Wellenlänge des verwendeten Lichts.
Metamaterialien- ein Verbundwerkstoff, dessen Eigenschaften nicht so sehr durch die Eigenschaften seiner Bestandteile, sondern durch eine künstlich erzeugte periodische Struktur bestimmt werden.
Meine Hauptrichtung ist dielektrischNanophotonik. Dies ist der Bereich der Nanooptik, der die Wechselwirkung von Licht mit Nanostrukturen aus Dielektrika untersucht. Daher gibt es wenig Absorption - und andere Physik als Metalle.
- Erzählen Sie uns, was Alexander Khanikaev in ITMO macht. Nach meinem Verständnis haben er und seine Kollegen eine künstliche dielektrische Oberfläche geschaffen.
- Ja, und die Verbreitung von ElektromagnetenWellen können getrieben werden. Ich bin ein wenig auf diesem Gebiet tätig. Sie wissen vielleicht, dass das Thema topologische Isolatoren in letzter Zeit populär geworden ist. Dies ist eine Art Material - ein Dielektrikum im Volumen, es kann jedoch ein elektrischer Strom auf die Oberfläche geleitet werden. Wir haben dieses Konzept auf die Photonik übertragen. Dies ist Licht, das sich nicht im Material ausbreitet, sondern sich auf der Oberfläche oder durch spezielle Schnittstellen auf dieser Oberfläche ausbreitet, die wir auf besondere Weise konstruieren. Kollegen machen es. Ich betrachte jetzt auch topologische Aufgaben zusammen mit Maxim Gorlatch.
- Was sind die Einsatzgebiete für solche dielektrischen Oberflächen?
— Wenn wir über Topologie sprechen, dann ist das wahrscheinlicherLangstreckenanwendungen in optischen Computern, bei denen wir den Weg eines Strahls im Nanomaßstab steuern müssen, also elektromagnetische Energie auf einem bestimmten Weg senden müssen. Wir müssen diesen Prozess managen, ihn umstellen. Aber im Moment handelt es sich hierbei eher um theoretische Ideen, die anhand realer Beispiele nur schwer zu erklären sind.
Optischer Computer- ein hypothetisches Rechengerät, bei dem Berechnungen mithilfe von Photonen durchgeführt werden, die von Lasern oder Dioden erzeugt werden.
Die meisten Studien konzentrieren sich auf das Ersetzenkonventionelle (elektronische) Computerkomponenten in ihre optischen Äquivalente. Das Ergebnis wird ein neues digitales Computersystem zur Verarbeitung binärer Daten sein. Dieser Ansatz ermöglicht es, kurzfristig Technologien für den kommerziellen Einsatz zu entwickeln, da optische Komponenten in Standardcomputer integriert werden können, wodurch zunächst Hybridsysteme und schließlich rein photonische Systeme entstehen.
Es ist zum Beispiel viel einfacher, über Metalle zu sprechenwas ich bereits gesagt habe. Es findet Anwendung in modernen Geräten, die uns umgeben. Wir haben eine Vorbestellung für diese Metalenses von einem Unternehmen, das sie in ultradünnen Smartphones und in Kameras dafür verwenden möchte. Metalllinsen bieten eine sehr gute Auflösung.
- Wie können Metamaterialien erkrankte Organe visualisieren?
- Zur Medizinfrage in unserer Abteilung passtverschiedene seiten. Es gibt eine ganze Abteilung, die sich mit der Verbesserung der MRI-Technologie befasst, so dass der Bildkontrast höher ist und Sie nicht den gesamten Körper bestrahlen können, sondern einen bestimmten Bereich, so dass die MRI-Zeit abnimmt. Jetzt ist dies eine sehr erfolgreiche Forschungslinie, und unsere Entwicklungen beginnen sich in Krankenhäusern anzuwenden.
Ein anderes Forschungsgebiet ist Plasmon.Nanopartikel. Sie werden verwendet, um Krebs zu identifizieren und sogar zu behandeln. Sie dringen in den Körper ein, werden in dem Bereich absorbiert, in dem sich der Tumor befindet, und wenn wir diese Nanopartikel bestrahlen, wird dort entweder ein Medikament freigesetzt oder es kommt zu einer lokalen Erwärmung, die eine Behandlung ermöglicht.
Photonische Kristalle, Evolution und Chamäleon
— Das Thema Ihrer Rede beim Science Bar Hopping ist ein Chamäleon. Was hat er damit zu tun?
- Jedes Mal, wenn ich nach Petersburg zurückkommeIch sehe diese 50 Graustufen, ich denke an den Dschungel - alles ist grün, bunt, schön, Paradiesvögel singen. Und es gibt ein Chamäleon, das Farbe wünscht und ändert. Und warum kann er das und wir, die Leute, nein? Um dies herauszufinden, müssen wir uns an alles erinnern, was uns in der Schule und an der Universität gesagt wurde, und die grundlegendere Frage beantworten: Woher kommt die Farbe?
- Es ist bekannt, dass Farbe durch Licht entsteht.
- Ja, und das erste, was bedeutet - bereits weiße Farbeenthält alle Farben des Regenbogens. Dem Rat Newtons oder der Pink Floyd-Gruppe (lacht) folgend und mit einfachen Instrumenten wie einem Prisma können wir weißes Licht in ein Spektrum streuen. Die Welle ist bekanntlich durch eine Periode gekennzeichnet - und die Wellen mit verschiedenen Farben haben unterschiedliche Perioden: Das Blau ist etwas länger als das des Veilchens und so weiter.
Pink Floyd Album Cover - Die dunkle Seite des Mondes
Unser Auge ist so angeordnet, dass es unterschiedliche Signale gibt.im Gehirn, wenn Licht beispielsweise mit einer Länge von 600 nm oder 400 nm auf die Netzhaut gelangt. Damit unsere Netzhaut Farbe erkennen kann, brauchen wir nicht nur ein Photon oder ein Lichtquant, sondern etwas mehr. In der Nacht fällt auch das Licht auf die Netzhaut, aber wir können nur die Umrisse der Objekte sehen. Wie Sie wissen, sind nachts alle Katzen grau. Bei mangelnder Strahlungsintensität unterscheiden wir nur, wenn Objekte heller oder dunkler sind.
Wenn Licht auf ein Objekt fällt, seine Oberflächeabsorbiert etwas Zum Beispiel kann eine Katze Blau absorbieren. Dann wird das Orangerot auf unserer Netzhaut reflektiert. Weil Blau und Orange kostenlos sind. Chlorophyll ist beispielsweise grün, weil es rotes und blaues Licht absorbiert.
Andererseits haben wir Farben, mit denen wirWir können Objekte neu einfärben. Damit ist es jedoch nicht möglich, die Farbe zu ändern, wie es ein Chamäleon tut – auf seinen Wunsch hin. Doch wodurch unterscheiden sich Farben und Pigmente farblich? Es handelt sich wahrscheinlich um etwas, das auf molekularer oder atomarer Ebene liegt. Und so viele Moleküle existieren, so viele Übergänge gibt es in ihnen. Dies bedeutet, dass jeder minimale Unterschied im Energieniveau dazu führt, dass es seine Eigenschaften radikal verändern kann. Wenn das angeregte Niveau genau um die Energie des einfallenden Photons hinter dem Bodenniveau zurückbleibt, geschieht ein „Wunder“ und das Molekül wird gefärbt.
Chamäleon
Man könnte meinen, ein Chamäleon sei grün und rot, weil es entsprechende Pigmente gibt. Und vielleicht ändert es seine Farbe, weil sich beispielsweise Melanin in den Zellen ausbreiten kann.
- Aber stimmt das nicht?
- Ja, es stellt sich heraus, dass das Chamäleon überhaupt kein grünes Pigment hat, aber es gibt nur gelb, wo es grün und etwas rot ist.
- Und wie macht er das - die Farben wechseln?
- Hier kommen wir zum Wichtigsten.Licht ist nicht nur ein Quant, sondern auch eine Welle. Und hier müssen Sie verstehen, welche optische Größe ein Objekt haben muss, damit es effektiv mit Licht als Welle interagieren kann. Das Objekt muss der Wellenlänge entsprechen. Hier kommen wir zu den Konzepten der Nanotechnologie und Nanostrukturen.
Hier kann man über die Strukturfarbe sprechen, welcheEs gibt drei Möglichkeiten. Der erste Fall ist ein Mehrschichtreflektor, eine Reihe von übereinander liegenden dünnen Filmen. Zum Beispiel sieht auf Asphalt verschüttetes Benzin aufgrund von Interferenzen in der Regel wie Regenbogenflecken aus, da das Licht nicht nur von außen, sondern auch von innen reflektiert wird. Der zweite Fall ist ein Beugungsgitter, beispielsweise eine CD-Platte, auf der Beugungsordnungen und Farbvariationen beobachtet werden. Damit das Gitter effektiv mit dem Licht interagieren kann, muss seine Periode ein Vielfaches der Lichtwellenperiode sein. Das heißt, es besteht eine direkte Verbindung zwischen den Parametern des Materials und seiner Farbe. Der dritte Fall ist ein dreidimensionaler photonischer Kristall, beispielsweise Opal. In der Tat ist dies jedoch nur ein Fall - ein photonischer Kristall, aber abhängig von seiner Dimension.
Photonischer Kristall- eine Festkörperstruktur mit einer sich periodisch ändernden Dielektrizitätskonstante oder Inhomogenität, deren Periode mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar ist.
Für photonische Kristalle sowie für gewöhnliche gibt es „verbotene Zonen“. Das heißt, für einige Photonenenergien wird Licht reflektiert - ein Photonendielektrikum und für andere ein Photonenleiter.
In der Natur findet man häufig Nanostrukturen - dasSchmetterlinge, vor allem tropische Pfauen, Aphrodite (Seemaus), die auf dem Meeresboden leben, Affen, Pflanzen und schließlich ein Chamäleon. Photonische Kristalle sind unter seiner Haut. Abhängig von seinem Zustand ändert sich die Periode dieser Kristalle und daher variiert auch die Wellenlänge des Lichts, mit dem sie interagieren. In der oberen Schicht der Haut eines Chamäleons befindet sich nur gelbes Pigment. Dann reflektieren dieselben photonischen Kristalle im Normalzustand des Chamäleons die blaue Farbe. Die blaue Farbe der photonischen Kristalle in Kombination mit dem gelben Pigment bildet die sehr grüne Farbe des Chamäleons. Interessanterweise gibt es eine weitere Schicht unter der Schicht dieser photonischen Kristalle - mehr getrennt. Es reflektiert Infrarotlicht, damit das Chamäleon nicht überhitzt. Im Wesentlichen hat die Natur im Evolutionsprozess ideal optimierte Strukturen geschaffen, die für den Menschen leider in solcher Perfektion nicht zugänglich sind, obwohl wir versuchen, dies in die Natur zu kopieren.
„Warum sollte ich mein ganzes Leben für die Wissenschaft vollständig abschlachten?“
- Bei Science Bar Hopping überraschend viele Wissenschaftlerinnen eingeladen. Und was ist mit dem Team an Ihrer Fakultät? Viele Mädchen sind Physiker?
- Wir haben viele Mädchen.Und niemand glaubt, dass es ein Geschlechterproblem oder eine Ungleichheit gibt. Alles ist sehr gut und positiv. Ich bin noch nie auf Diskriminierung gestoßen, wenn Ihre Frage dieses spezielle Detail impliziert.
- Bei der Berufswahl haben Eltern oder Freunde nicht gesagt: Wohin sind Sie gegangen, Physik, Optik, Horror?
- Ich habe eine Familie, in der meine Mutter Ingenieur ist, mein Vater.Doktor, Großmutter - auch Ingenieurin. Alle Frauen in der Familie unterrichteten, für uns ist das mehr als normal. Ich war sogar ein bisschen gezwungen, diesen Weg zu gehen. Bei der Berufswahl gab es jedoch viele Zweifel.
Ich bin zum Beispiel der Meinung, dass die LeuteDie Wissenschaften müssen ihr persönliches Leben opfern. Und wenn es ein Mann angeblich kann, dann ist es eine Frau nicht. Aber ich verstehe nicht, warum ich mein persönliches Leben aus Gründen der Wissenschaft völlig vergessen sollte und meine Berufung nicht nur als Job wahrnimmt, in dem Sie Erfolg und hervorragende Ergebnisse erzielen können.
- Warum gibt es dieses Stereotyp noch immer, dass Karriere für Frauen die falsche Wahl ist?
- Nun was soll ich sagen?Wir haben eine patriarchalische Gesellschaft. Aber wenn wir darüber sprechen, warum wir uns nicht so einfach davon lösen können, dann liegt das Problem in der Einstellung gegenüber Frauen. Frauen bringen Kinder zur Welt, sehr oft werden sie allein gelassen, es gibt in der Regel keine Unterstützung und junge Mütter werden oft nicht eingestellt.
Daher neigen Eltern dazu, das Mädchen zu schützen,Richten Sie es ein: Sie müssen eine gute Frau sein, damit Sie nicht in diese Situation geraten. Aber natürlich bin ich nicht bereit, alle Menschen mit solchen Einstellungen zu verurteilen Es scheint mir jedoch, dass die staatliche Unterstützung stärker und stärker sein sollte, insbesondere für Frauen, die Kinder haben wollen. Ich habe zum Beispiel noch kein Kind, aber ich möchte in Zukunft Kinder haben, und ich hoffe, dass ich aus diesem Grund die Wissenschaft nicht verlassen muss.
- Was halten Sie davon, dass Frauen in bestimmten Ländern gezielt gefördert werden, zum Beispiel mit Stipendien, auch wenn sie nichts herausragendes getan haben? Ist das eine umgekehrte Diskriminierung?
- Natürlich gibt es. Und das ist nicht sehr gut.Viel wichtiger ist es, in der Kindergarten- und Schulphase, wenn eine Frau erwachsen wird, dem Lernprozess, dem, was Lehrer tun und sagen, mehr Aufmerksamkeit zu schenken, damit bereits auf dieser Ebene die Vorstellungen von Gleichberechtigung aufgegriffen werden.
Wenn die Frau schon gewachsen ist - und dann plötzliches stellt sich heraus, dass die Welt einen Mann und eine Frau immer noch unterschiedlich behandelt - sie verursacht widersprüchliche Gefühle. Das ist merkwürdig und falsch. Auf der anderen Seite gibt es ein Stipendium für Wissenschaftlerinnen von L'Oreal. Was ist daran falsch? Ich weiß nicht, scheint mir, als vorübergehende Maßnahme zur Unterstützung von Frauen in der Wissenschaft, dies ist normal (es ist ein Stipendium, keine Quoten), aber eines Tages wird dies nicht notwendig sein.