Ksenia Baryshnikova, ITMO - über Nanotechnologie, Chamäleons und die schwierige Wahl von Frauen zwischen Wissenschaft und Familie

Ksenia Baryshnikova - Kandidat für physikalische und mathematische Wissenschaften, Forscher der Internationalen

Forschungszentrum für Nanophotonik und Metamaterialien ITMO University, Lehrer.

Metalins und optischer Computer

- Welche Entwicklungen machen Sie derzeit bei ITMO? Ist das eine wissenschaftliche Tätigkeit oder Arbeit an Projekten?

- Ich beschäftige mich mit der Grundlagenforschung, das ist es nichtbeinhaltet das Endergebnis in Form eines Produkts auf dem Markt. Ja, wir haben einige Testgegenstände - insbesondere werde ich diesen Sommer als Lehrer bei Sirius arbeiten und dort Metallverbindungen für Wi-Fi herstellen. Machen wir es aus Kugeln, etwa der Größe eines Glases. Genug nutzlose Option fürs Leben. Aber das Design, das wir in der Optik testen werden, ist sehr nützlich.

Metaline bestehen aus einer Vielzahl von Platten oderKugeln mit einer Größe um die Wellenlänge des Lichts, die Richtung und Phase der einfallenden Strahlung verzerren. Durch die Ausrichtung der Platten in einer bestimmten Reihenfolge können Sie das Licht fokussieren und eine herkömmliche Linse simulieren. Mit Hilfe von Metalinen ist es möglich, die Beugungsgrenze zu überwinden, dh Objekte zuzulassen, deren Größe kleiner als die Wellenlänge des verwendeten Lichts ist.

Metamaterialien - Verbundwerkstoff, dessen Eigenschaften weniger durch die Eigenschaften seiner Bestandteile als durch eine künstlich geschaffene periodische Struktur bedingt sind.

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, ist es eher soFernanwendung in optischen Computern, wenn wir den Strahlengang im Nanomaßstab steuern müssen, dh elektromagnetische Energie entlang eines Pfads senden. Wir müssen diesen Prozess bewältigen, umstellen. Im Moment ist dies jedoch eher eine theoretische Darstellung, und es ist schwierig, sie anhand von echten Beispielen zu erklären.

Optischer Computer - Eine hypothetische Rechenvorrichtung, bei der Berechnungen unter Verwendung von durch Laser oder Dioden erzeugten Photonen durchgeführt werden.

Die meisten Studien konzentrieren sich auf das Ersetzenherkömmliche (elektronische) Computerkomponenten hinsichtlich ihrer optischen Äquivalente. Das Ergebnis wird ein neues digitales Computersystem zur Verarbeitung binärer Daten sein. Dieser Ansatz ermöglicht es kurzfristig, Technologien für kommerzielle Anwendungen zu entwickeln, da optische Komponenten in Standardcomputer eingebettet werden können, wobei zunächst Hybridsysteme und anschließend vollständig photonische Systeme erstellt werden.

Es ist beispielsweise viel einfacher, über Metalins zu sprechenwas ich schon gesagt habe. Es wird in modernen Geräten verwendet, die uns umgeben. Wir haben eine Vorbestellung für diese Metallpapiere von einer Firma, die sie in ultradünnen Smartphones, in Kameras, verwenden möchte. Metaline geben 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

- Zum Thema Ihrer Rede bei Science Bar Hopping - ein Chamäleon. Er und dann

- 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?

- Das ist bekannt - die Farbe wird vom Licht genommen.

- 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.

Auf der anderen Seite haben wir Farben, die wir verwenden.kann Objekte neu streichen. Dies macht es jedoch unmöglich, die Farbe so zu ändern, wie es ein Chamäleon tut - je nach seinem Wunsch. Aber was macht Farben und Pigmente in der Farbe anders? Dies ist wahrscheinlich etwas, das sich auf molekularer oder atomarer Ebene befindet. Und da viele Moleküle existieren, gibt es so viele Übergänge in ihnen. Dies bedeutet, dass ein minimaler Unterschied der Energieniveaus dazu führt, dass er seine Eigenschaften drastisch verändern kann. Wenn das angeregte Niveau genau auf der einfallenden Photonenenergie hinter dem Hauptpegel zurückbleibt, tritt ein „Wunder“ auf und das Molekül färbt sich.

Chamäleon

Man könnte denken, dass das Chamäleon grün und rot ist, weil es entsprechende Pigmente gibt. Und vielleicht ändert sich auch die Farbe, weil beispielsweise Melanin in die Zellen gelangen 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 Quantum, sondern auch eine Welle. Und hier müssen Sie verstehen, welche optische Größe ein Objekt haben sollte, damit es effektiv mit dem Licht wie mit einer Welle interagieren kann. Das Objekt muss der Wellenlänge entsprechen. Hier kommen wir zu den Konzepten 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 - Festkörperstruktur mit periodisch variierender Dielektrizitätskonstante oder Heterogenität, 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 sogar, dass es ein Genderproblem oder eine Ungleichheit gibt. Alles ist sehr gut und positiv. Ich bin nie einer Diskriminierung ausgesetzt worden, wenn Ihre Frage dieses besondere 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 kann ich sagen? Wir haben eine patriarchalische Gesellschaft. Wenn wir jedoch darüber sprechen, warum wir uns nicht so einfach von ihm entfernen können, liegt das Problem in der Haltung gegenüber Frauen. Frauen bringen Kinder zur Welt, oft bleiben sie alleine, in der Regel gibt es keine Unterstützung, häufig nehmen sie keine jungen Mütter mit zur Arbeit.

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 auf der Stufe des Kindergartens, der Schule, wenn eine Frau heranreift, folgen Sie mehr dem Lernprozess, was die Lehrer tun und sagen, so dass bereits auf dieser Ebene Gleichheitsideen 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.