Ksenia Baryshnikova— A fizikai és matematikai tudományok kandidátusa, az International kutatója
Metalins és optikai számítógép
- Milyen fejlemények vannak jelenleg az ITMO-nál? Ez tudományos tevékenység vagy projektekkel kapcsolatos munka?
— Alaptudományokkal foglalkozom, ez nem azvégeredményt foglal magában egy piacon lévő termék formájában. Igen, van néhány teszt dolgunk – különösen ezen a nyáron megyek tanárnak a Siriusba, és ott fogunk készíteni egy metalent Wi-Fi-hez. Golyókból fogjuk összeállítani, a lencse mérete körülbelül egy méter. Elég haszontalan lehetőség az élethez. De az általunk tesztelt kialakítás nagyon hasznos az optikában.
A metalens nagyszámú lemezből, illa fény hullámhosszának nagyságrendjében lévő golyók, amelyek torzítják a beeső sugárzás irányát és fázisát. A lemezek meghatározott sorrendben történő elrendezése lehetővé teszi a fény fókuszálását, szimulálva a szokásos lencsét. A metalensek segítségével lehetséges a diffrakciós határ leküzdése, vagyis olyan tárgyak felbontása, amelyek mérete kisebb, mint a használt fény hullámhossza.
metaanyagok- olyan kompozit anyag, amelynek tulajdonságait nem annyira az alkotóelemeinek tulajdonságai határozzák meg, hanem egy mesterségesen létrehozott periodikus szerkezet.
A fő irányom dielektromosnanofotonikát. Ez a nanooptika területe, amely a fény és a dielektrikumok nanostruktúráinak kölcsönhatását vizsgálja. Ezért kevés a felszívódás és más fizika, mint a fémek.
- Mondja el nekünk, hogy mit csinál Alexander Khanikaev az ITMO-ban. Ahogy megértem, kollégái és mesterséges dielektromos felületet hoztak létre.
- Igen, és benne az elektromágneses terjesztésa hullámok vezérelhetők. Kicsit részt veszek ezen a területen. Talán tudja, hogy a topológiai szigetelők témája a közelmúltban népszerűvé vált. Ez egyfajta anyag - a térfogatban dielektromos, de elektromos áramot vezethet a felületen. Ezt a koncepciót átvisszük a fotonikára. Ez olyan fény, amely nem terjed az anyagban, de a felületen vagy ezen a felületen speciális interfészeken keresztül terjed, amelyet speciális módon építünk. Kollégák csinálják. Most a Maxim Gorlatch-nel együtt a topológiai feladatokat is megvizsgálom.
- Milyen alkalmazási területek vannak az ilyen dielektromos felületeken?
- Ha topológiáról beszélünk, akkor valószínűbbnagy hatótávolságú alkalmazások az optikai számítógépekben, amikor egy sugár útját nanoméretben kell szabályoznunk, azaz elektromágneses energiát kell küldenünk valamilyen úton. Ezt a folyamatot irányítanunk kell, váltanunk kell. De ezek egyelőre inkább elméleti gondolatok, és nehéz valós példákkal megmagyarázni.
Optikai számítógép- hipotetikus számítástechnikai eszköz, amelyben a számításokat lézerek vagy diódák által generált fotonok felhasználásával végzik.
A legtöbb tanulmány a helyettesítésre összpontosíthagyományos (elektronikus) számítógép-összetevőket optikai megfelelőikké. Az eredmény egy új digitális számítógépes rendszer lesz a bináris adatok feldolgozására. Ez a megközelítés lehetővé teszi rövid távon kereskedelmi használatra szánt technológiák kifejlesztését, mivel az optikai komponensek beépíthetők a szabványos számítógépekbe, először hibrid, majd végül teljesen fotonikus rendszereket hozva létre.
Sokkal egyszerűbb például a metalenekről beszélni, kbamit már mondtam. Alkalmazható a minket körülvevő modern eszközökben. Előrendelésünk van ezekre a metalensekre egy olyan cégtől, amely ultravékony okostelefonokban, kamerákban szeretné használni őket. A fém lencsék nagyon jó felbontást biztosítanak.
- Hogyan képesek a metamaterialisok megjeleníteni a beteg szerveket?
- Az orvostudomány kérdésére a tanszékünk illeszkedikkülönböző oldalakon. Van egy egész osztály, amely az MRI technológia fejlesztésével foglalkozik, így a kép kontrasztja magasabb, és nem lehet besugározni az egész testet, hanem egy adott területet, hogy az MRI idő csökkenjen. Most ez egy nagyon sikeres kutatási vonal, és fejlesztéseinket kezdjük alkalmazni a kórházakban.
A kutatás másik területe a plazmon.nanorészecskék. Ezeket a rák azonosítására és kezelésére használják. Belépnek a szervezetbe, abszorbeálódnak azon a területen, ahol a daganat elhelyezkedik, és amikor ezeket a nanorészecskéket besugározzuk, vagy néhány gyógyszert szabadul fel, vagy helyi fűtés történik, ami lehetővé teszi a kezelést.
Fotonikus kristályok, evolúció és kaméleon
– A Science Bar Hoppingban elmondott beszédének témája egy kaméleon. mi köze neki ehhez?
- Minden alkalommal, amikor visszatérek Petersburgba ésLátom ezeket az 50 szürke árnyalatot, gondolok a dzsungelre - minden zöld, színes, szép, paradicsomi madarak énekelnek. És van egy kaméleon is, amely mind a színeket akarja, mind pedig megváltoztatja. És miért teheti ezt, és mi, a nép, nem? Ahhoz, hogy megtudjuk, emlékeznünk kell mindazt, amit az iskolában és az egyetemen mondtunk, és válaszoljunk az alapvető kérdésre: honnan származik a szín?
- Köztudott, hogy a szín a fényből származik.
- Igen, és az első dolog, ami azt jelenti - a fehér szín mártartalmazza a szivárvány minden színét. A Newton vagy a Pink Floyd csoport tanácsát követve (nevet) és egyszerű eszközöket használva, mint egy prizma, fehér fényt tudunk szórni egy spektrumba. A hullám, amint az ismert, egy periódusra jellemző - és a különböző színek hullámai különböző időszakokkal rendelkeznek: a kék kissé hosszabb, mint az ibolyaé, és így tovább.
Pink Floyd album borító - a Hold sötét oldala
Szeme úgy van elrendezve, hogy különböző jeleket adjon.az agyban, amikor például a fény megérkezik a retinára 600 nm vagy 400 nm hosszúsággal. Ahhoz, hogy a retina felismerje a színt, nincs szükségünk egy fotonra vagy fénymennyiségre, hanem egy kicsit. Éjszaka a fény a retinára esik, de csak az objektumok körvonalai láthatók. Éjjel, ahogy tudod, minden macska szürke. A sugárzás intenzitásának hiányában csak akkor különböztetünk meg, ha a tárgyak világosabbak vagy sötétebbek.
Amikor a fény egy tárgyra, annak felületére esikelnyeli valamit. Például egy macska elnyelhet kéket. Ezután a narancssárga-vörös tükröződik a retinánkban. Mert a kék és a narancs ingyenes. Például a klorofill zöld, mert elnyeli a vörös és kék fényt.
Másrészt vannak festékeink, amelyekkel miátszínezhetjük a tárgyakat. Ez azonban nem teszi lehetővé a szín megváltoztatását, ahogyan a kaméleon teszi - kérésére. De mitől különböznek a festékek és a pigmentek színe? Valószínűleg valami molekuláris vagy atomi szintű. És ahány molekula létezik, annyi átmenet van bennük. Ez azt jelenti, hogy minden minimális energiaszint-különbség ahhoz a tényhez vezet, hogy radikálisan megváltoztathatja tulajdonságait. Ha a gerjesztett szint pontosan a beeső foton energiájával marad el a talajszinttől, akkor „csoda” történik, és a molekula elszíneződik.
kaméleon
Azt gondolhatnánk, hogy a kaméleon zöld és vörös, mert vannak megfelelő pigmentek. És talán azért változtatja meg a színét, mert például a melanin képes szétterjedni a sejtekben.
- De nem igaz?
- Igen, kiderül, hogy a kaméleonnak nincs zöld pigmentje, de csak sárga, ahol zöld és egy kicsit piros.
- És hogyan csinálja - változtassa meg a színeket?
- Itt elérkeztünk a legfontosabbhoz.A fény nemcsak kvantum, hanem hullám is. És itt meg kell értenie, hogy milyen optikai méretűnek kell lennie egy objektumnak ahhoz, hogy hatékonyan kölcsönhatásba lépjen a fénnyel, mint hullámmal. A tárgynak arányosnak kell lennie a hullámhosszal. Itt jutunk el a nanotechnológia és a nanostruktúrák fogalmaihoz.
Itt beszélhet a szerkezeti színről, amiHárom lehetőség van. Az első eset egy többrétegű fényvisszaverő, egy vékony fóliák sorozata egymással. Például az aszfalton kiömlött benzin általában interferencia miatt úgy néz ki, mint a szivárványfoltok, mert a fény nemcsak kívülről, hanem belülről is tükröződik. A második eset egy diffrakciós rács, például egy CD lemez, amelyen diffrakciós megrendeléseket és színváltozásokat figyelünk meg. Annak érdekében, hogy a rács hatékonyan kölcsönhatásba lépjen a fénygel, annak időtartama a fényhullám időszakának többszörösének kell lennie. Vagyis közvetlen kapcsolat van az anyag paraméterei és színe között. A harmadik eset egy háromdimenziós fotonikus kristály, például opál. De valójában ez mind egy eset - egy fotonikus kristály, de annak dimenziójától függően.
Fotonikus kristály- periodikusan változó dielektromos állandóval vagy inhomogenitással rendelkező szilárdtest szerkezet, amelynek periódusa a fény hullámhosszához hasonlítható.
A fotonikus kristályok, valamint a szokásosak esetében „tiltott zónák” vannak. Ez azt jelenti, hogy bizonyos foton energiákhoz fényt tükröznek - foton-dielektromos, mások számára pedig foton-vezetőt.
A természetben gyakran találhatók nanoszerkezetek - ezpillangók, különösen trópusi páva, aphrodite (tengeri egér), a tengerfenéken, majomon, növényeken és végül kaméleonban élnek. A fotonikus kristályok a bőr alatt vannak. Állapotától függően ezeknek a kristályoknak a periódusa megváltozik, ezért a fény hullámhossza is változik. A felső rétegben a kaméleon csak sárga pigmentet tartalmaz. Akkor ugyanazok a fotonikus kristályok a kaméleon normál állapotában tükrözik a kék színt. A fotonikus kristályok kék színe a sárga pigmenttel kombinálva a kaméleon nagyon zöld színét képezi. Érdekes, hogy ezeknek a fotonikus kristályoknak a rétege alatt van még egy réteg, még szétválasztva. Úgy tervezték, hogy az infravörös fényt tükrözze, így a kaméleon nem túlmelegszik. Lényegében az evolúció folyamatában a természet ideálisan optimalizált struktúrákat hozott létre, amelyek eddig sajnos nem férnek hozzá az ilyen tökéletességhez, bár próbáljuk ezt a természetbe másolni.
- Miért kell teljesen megölnem a személyes életemet a tudomány érdekében?
- Tudományos bárban meglepően sok meghívott női tudós. És mi a helyzet a karoddal? Sok lány fizikus?
- Sok lányunk van.És senki sem gondol arra, hogy valamiféle nemi probléma vagy egyenlőtlenség van. Minden nagyon jó és pozitív. Soha nem találkoztam diszkriminációval, ha a kérdésed erre a konkrét részletre utalt.
- A szakma kiválasztásakor a szülők vagy a barátok nem mondták: hová mentél, fizika, optika, horror?
- Van egy családom, ahol anyám mérnök, apám -PhD, nagymama - mérnök is. A családban lévő összes nő tanított, így számunkra ez több, mint a szokásos. Még egy kicsit kénytelen voltam így menni. De ugyanakkor a szakma kiválasztásakor sok kétség merült fel.
Például találkoztam azzal, hogy az embereka tudományoknak fel kell áldozniuk személyes életüket. És ha egy ember állítólag megteheti, akkor egy nő nem. De nem értem, miért kell teljesen elfelejtenöm a személyes életemet a tudomány kedvéért, és nemcsak a hivatásomat olyan munkaként, amelyben sikereket és kiemelkedő eredményeket érhetünk el.
- Miért létezik ez a sztereotípia, hogy a karrier rossz választás egy nő számára?
- Nos, mit mondjak?Patriarchális társadalmunk van. De ha arról beszélünk, hogy miért nem tudunk ilyen könnyen eltávolodni tőle, akkor a probléma a nőkhöz való viszonyulásban rejlik. A nők gyermeket szülnek, nagyon gyakran egyedül maradnak, általában nincs támogatás, és a fiatal anyákat gyakran nem veszik fel.
Ezért a szülők inkább védik a lányt,állítsd fel: jó feleségnek kell lenned, így nem jutsz el a helyzetbe. Természetesen nem vagyok hajlandó elítélni az ilyen hozzáállású embereket. De úgy tűnik számomra, hogy az állami támogatásnak nagyobbnak és erősebbnek kell lennie, különösen azok számára, akik gyermekeket akarnak. Például, még nincs gyermekem, de a jövőben gyermekeket akarok, és remélem, hogy ennek következtében nem kell elhagynom a tudományt.
- Mit gondol az a tény, hogy egyes országokban a nőket kifejezetten támogatják a tudományban, például támogatásokkal, még akkor is, ha nem tettek semmit kiemelkedő? Ez fordított diszkrimináció?
- Természetesen van. És ez nem túl jó.Sokkal fontosabb az óvodai, iskolai szakaszban, amikor egy nő felnő, hogy jobban odafigyeljünk a tanulási folyamatra, arra, hogy a pedagógusok mit csinálnak és mondanak, hogy már ezen a szinten felszívódjanak az egyenlőség gondolatai.
Amikor egy nő már felnőtt - és hirtelenkiderül, hogy a világ még mindig eltérően kezeli a férfiakat és a nőket - ez ellentmondásos érzéseket vált ki. Ez furcsa és rossz. Másrészt ösztöndíj folyik a L'Oreal női tudósok számára. Mi olyan rossz ebben? Nem tudom, számomra úgy tűnik, hogy a tudományos nők számára nyújtott átmeneti támogatási intézkedés normális (nevezetesen ösztöndíj, nem kvóták), de valamikor erre nincs szükség.