Ksenia Baryshnikova— Kandidát fyzikálnych a matematických vied, vedecký pracovník na International
Kovové a optické počítače
- Aký vývoj v súčasnosti robíte v ITMO? Je to vedecká činnosť alebo práca na projektoch?
— Zaoberám sa základnou vedou, to niezahŕňa konečný výsledok vo forme produktu na trhu. Áno, máme nejaké testovacie veci – konkrétne toto leto pôjdem robiť učiteľa do Siriusu a tam spravíme metalínku na Wi-Fi. Vyrobíme z guľôčok, veľkosť šošovice je asi meter. Celkom zbytočná možnosť pre život. Ale dizajn, ktorý budeme testovať, je veľmi užitočný v optike.
Metalens sa skladá z veľkého množstva platní respguľôčky, ktoré majú veľkosť rádovo vlnovej dĺžky svetla a skresľujú smer a fázu dopadajúceho žiarenia. Usporiadanie dosiek v určitom poradí vám umožňuje sústrediť svetlo a simulovať bežnú šošovku. Pomocou metalenses je možné prekonať difrakčný limit, teda rozlíšiť objekty, ktorých veľkosť je menšia ako vlnová dĺžka použitého svetla.
metamateriály- kompozitný materiál, ktorého vlastnosti nie sú určené ani tak vlastnosťami jeho základných prvkov, ale umelo vytvorenou periodickou štruktúrou.
Môj hlavný smer je dielektrickýnanofotoniku. Toto je oblasť nano-optiky, ktorá skúma interakciu svetla s nanostruktúrami vyrobenými z dielektrík. Preto je tu malá absorpcia - a iná fyzika ako kovy.
- Povedz nám o tom, čo robí Alexander Khanikaev v ITMO. Ako to chápem, on a jeho kolegovia vytvorili umelý dielektrický povrch.
- Áno, a v tom šírenie elektromagnetického žiareniavlny. V tejto oblasti som trochu zapojený. Možno viete, že téma topologických izolátorov sa v poslednej dobe stala populárnou. Jedná sa o druh materiálu - dielektrikum v objeme, ale môže viesť elektrický prúd na povrchu. Tento koncept sme preniesli na fotoniku. Toto je svetlo, ktoré sa nešíri v materiáli, ale šíri sa po povrchu alebo cez špeciálne rozhrania na tomto povrchu, ktoré konštruujeme špeciálnym spôsobom. Kolegovia to robia. Teraz tiež zvažujem topologické úlohy spolu s Maximom Gorlatchom.
- Aké sú aplikácie pre takéto dielektrické povrchy?
— Ak hovoríme o topológii, potom je to pravdepodobnejšieaplikácie s dlhým dosahom v optických počítačoch, keď potrebujeme riadiť dráhu lúča v nanomierke, to znamená poslať elektromagnetickú energiu po nejakej dráhe. Tento proces musíme zvládnuť, prepnúť. Ale zatiaľ sú to skôr teoretické myšlienky a je ťažké ich vysvetliť na skutočných príkladoch.
Optický počítač- hypotetické počítacie zariadenie, v ktorom sa výpočty vykonávajú pomocou fotónov generovaných lasermi alebo diódami.
Väčšina štúdií sa zameriava na nahradeniekonvenčné (elektronické) počítačové komponenty na ich optické ekvivalenty. Výsledkom bude nový digitálny počítačový systém na spracovanie binárnych dát. Tento prístup umožňuje krátkodobo vyvíjať technológie pre komerčné využitie, keďže optické komponenty môžu byť začlenené do štandardných počítačov, pričom sa najskôr vytvoria hybridné systémy a nakoniec plne fotonické.
Oveľa jednoduchšie je napríklad hovoriť o kovoch, očo som už povedal. Uplatnenie nachádza v moderných zariadeniach, ktoré nás obklopujú. Máme predobjednávku na tieto metalense od spoločnosti, ktorá ich chce použiť v ultratenkých smartfónoch, vo fotoaparátoch k nim. Kovové šošovky poskytujú veľmi dobré rozlíšenie.
- Ako môžu metamateriály zviditeľniť choré orgány?
- Na otázku medicíny v našom oddelení zapadárôznych stranách. K dispozícii je celé oddelenie, ktoré sa zaoberá zlepšovaním technológie MRI, takže kontrast obrazu je vyšší a nemôžete ožarovať celé telo, ale špecifickú oblasť, takže čas MRI klesá. Teraz je to veľmi úspešná línia výskumu a náš vývoj sa začína uplatňovať v nemocniciach.
Ďalšou oblasťou výskumu je plazmon.nanočastice. Používajú sa na identifikáciu a dokonca na liečbu rakoviny. Prenikajú do tela, vstrebávajú sa v oblasti, v ktorej sa nádor nachádza, a keď tieto nanočastice ožarujeme, uvoľňuje sa tam nejaký liek alebo dochádza k lokálnemu zahrievaniu, ktoré umožňuje liečbu.
Fotonické kryštály, evolúcia a chameleón
— Témou vášho prejavu na Science Bar Hopping je chameleón. Čo s tým má on?
- Zakaždým, keď sa vrátim do Petrohradu aVidím týchto 50 odtieňov šedej, myslím na džungli - všetko je zelené, farebné, krásne, vtáky z raja spievajú. A je tu chameleón, ktorý chce a mení farbu. A prečo to môže urobiť a my, ľudia, nie? Aby sme to zistili, musíme si pamätať na všetko, čo nám bolo povedané v škole a na univerzite, a odpovedať na základnú otázku: odkiaľ pochádza táto farba?
- Je známe, že farba pochádza zo svetla.
- Áno, a prvá vec, ktorá znamená - biela farba užobsahuje všetky farby dúhy. Podľa rady Newtona alebo skupiny Pink Floyd (smeje sa) a pomocou jednoduchých nástrojov, ako je hranol, môžeme šíriť biele svetlo do spektra. Vlna, ako je známe, je charakterizovaná obdobím - a vlny rôznych farieb majú rôzne obdobia: modrá je o niečo dlhšia ako modrá a tak ďalej.
Obal albumu Pink Floyd - Temná strana Mesiaca
Naše oko je usporiadané tak, že dáva rôzne signály.v mozgu, keď svetlo dopadá napríklad na sietnicu s dĺžkou 600 nm alebo 400 nm. Aby naša sietnica rozpoznala farbu, nepotrebujeme ani jeden fotón ani kvantum svetla, ale trochu viac. V noci dopadá svetlo aj na sietnicu, ale vidíme len obrysy predmetov. V noci, ako viete, všetky mačky sú sivé. Pri nedostatočnej intenzite žiarenia rozlišujeme iba tam, kde sú objekty svetlejšie alebo tmavšie.
Keď svetlo dopadá na objekt, jeho povrchniečo absorbuje. Napríklad mačka môže absorbovať modrú. Potom sa oranžová-červená bude odrážať na našej sietnici. Pretože modré a oranžové sú bezplatné. Napríklad chlorofyl je zelený, pretože absorbuje červené a modré svetlo.
Na druhej strane máme farby, s ktorými smemôžeme prefarbovať predmety. To však neumožňuje zmeniť farbu tak, ako to robí chameleón - na jeho žiadosť. Čo však odlišuje farby a pigmenty farebne? Je to pravdepodobne niečo, čo je na molekulárnej alebo atómovej úrovni. A koľko molekúl existuje, je v nich toľko prechodov. To znamená, že akýkoľvek minimálny rozdiel v úrovni energie vedie k tomu, že môže radikálne zmeniť svoje vlastnosti. Ak excitovaná hladina zaostáva za úrovňou zeme presne o energiu dopadajúceho fotónu, stane sa „zázrak“ a molekula sa zafarbí.
chameleón
Možno si myslíte, že chameleón je zelený a červený, pretože má zodpovedajúce pigmenty. A možno mení farby, pretože napríklad melanín sa môže šíriť po bunkách.
- Ale nie je to pravda?
- Áno, ukazuje sa, že chameleón nemá vôbec žiadny zelený pigment, ale je tam len žltá, kde je zelená a trochu červená.
- A ako to robí - zmeniť farby?
- Tu sa dostávame k najdôležitejšej veci.Svetlo nie je len kvantum, ale aj vlna. A tu musíte pochopiť, akú optickú veľkosť musí mať objekt, aby mohol efektívne interagovať so svetlom ako vlna. Objekt musí byť úmerný vlnovej dĺžke. Tu sa dostávame k pojmom nanotechnológia a nanoštruktúry.
Tu môžete hovoriť o štrukturálnej farbe, ktoráExistujú tri možnosti. Prvý prípad je viacvrstvový reflektor, séria tenkých vrstiev, ktoré sú navzájom prekryté. Napríklad benzín rozliaty na asfalte zvyčajne vyzerá ako dúhové škvrny v dôsledku rušenia, pretože svetlo sa odráža nielen zvonka, ale aj zvnútra. Druhým prípadom je difrakčná mriežka, napríklad CD disk, na ktorom pozorujeme difrakčné rády a farebné variácie. Aby mreža účinne spolupracovala so svetlom, musí byť jej perióda násobkom periódy svetelnej vlny. To znamená, že existuje priamy vzťah medzi parametrami materiálu a jeho farbou. Tretí prípad je trojrozmerný fotonický kryštál, napríklad opál. V skutočnosti je to však jeden prípad - fotonický kryštál, ale v závislosti od jeho rozmeru.
Fotonický kryštál- tuhá štruktúra s periodicky sa meniacou dielektrickou konštantou alebo nehomogenitou, ktorej perióda je porovnateľná s vlnovou dĺžkou svetla.
Pre fotonické kryštály, ako pre obyčajné, existujú „zakázané zóny“. To znamená, že pre niektoré fotónové energie sa odráža svetlo - fotónové dielektrikum a pre iné naopak fotónový vodič.
V prírode sa často nachádzajú nanoštruktúry - totomotýle, najmä tropické pávy, afrodity (morská myš), žijúce na morskom dne, opice, rastliny a nakoniec chameleón. Fotonické kryštály sú pod jeho kožou. V závislosti od jeho stavu sa obdobie týchto kryštálov mení, a preto sa mení aj vlnová dĺžka svetla, s ktorým interagujú. V hornej vrstve kože chameleónu sa nachádza len žltý pigment. Potom tie isté fotonické kryštály v normálnom stave chameleónu odrážajú modrú farbu. Modrá farba fotonických kryštálov v kombinácii so žltým pigmentom tvorí veľmi zelenú farbu chameleónu. Zaujímavé je, že pod vrstvou týchto fotonických kryštálov je ďalšia vrstva - viac oddelená. Je navrhnutý tak, aby odrážal infračervené svetlo tak, aby sa chameleón neprehrial. Príroda v procese evolúcie v podstate vytvorila ideálne optimalizované štruktúry, ktoré sú bohužiaľ pre ľudí v takej dokonalosti neprístupné, hoci sa to snažíme kopírovať do prírody.
„Prečo by som mal úplne zabiť môj osobný život kvôli vede“
- Na Science Bar Hopping prekvapivo veľa pozvaných vedkyne. A čo tím na vašej fakulte? Mnohé dievčatá sú fyzici?
- Máme veľa dievčat.A nikoho ani nenapadne, že existuje nejaký rodový problém alebo nerovnosť. Všetko je veľmi dobré a pozitívne. Nikdy som sa nestretol s diskrimináciou, ak vaša otázka zahŕňala tento konkrétny detail.
- Pri výbere povolania rodičia alebo priatelia nepovedali: kde ste šli, fyzika, optika, hrôza?
- Mám rodinu, kde je moja matka inžinierka, môj otec -PhD, babička - tiež inžinier. Všetky ženy v rodine sa učili, takže pre nás je to viac ako normálne. Bol som dokonca trochu nútený ísť touto cestou. Ale pri výbere povolania bolo veľa pochybností.
Napríklad som sa stretol s názorom, že ľudiavedy musia obetovať svoj osobný život. A ak to človek môže urobiť, potom žena nie je. Ale nechápem, prečo by som mal úplne zabudnúť na svoj osobný život v záujme vedy, a nie len aby som si vzal svoje povolanie ako prácu, v ktorej môžete dosiahnuť úspech a vynikajúce výsledky.
- Prečo tento stereotyp stále existuje, že kariéra je nesprávna voľba pre ženu?
- No, čo môžem povedať?Máme patriarchálnu spoločnosť. Ale ak hovoríme o tom, prečo sa od toho nemôžeme tak ľahko vzdialiť, tak problém spočíva v prístupe k ženám. Ženy rodia deti, veľmi často zostávajú samé, spravidla neexistuje žiadna podpora a mladé matky často nie sú zamestnané.
Preto majú rodičia tendenciu chrániť dievča,nastavte ju: musíte byť dobrá žena, aby ste v tejto situácii neskončili. Samozrejme, nie som pripravený odsúdiť všetkých ľudí s takýmto postojom. Zdá sa mi však, že štátna podpora by mala byť väčšia a silnejšia, najmä pre ženy, ktoré chcú mať deti. Nemám napríklad dieťa, ale v budúcnosti chcem mať deti a dúfam, že z tohto dôvodu nebudem musieť opustiť vedu.
- Čo si myslíte o tom, že v niektorých krajinách sú ženy konkrétne podporované vo vede, napríklad grantmi, aj keď neurobili nič výnimočné? Je to opačná diskriminácia?
- Samozrejme, že existuje. A to nie je veľmi dobré.Oveľa dôležitejšie je vo fáze škôlky a školy, keď žena vyrastie, venovať väčšiu pozornosť procesu učenia, tomu, čo robia a hovoria učitelia, aby sa už na tejto úrovni vstrebali myšlienky rovnosti.
Keď žena už vyrástla - a potom náhleUkazuje sa, že svet stále zaobchádza s mužom a ženou inak - spôsobuje protichodné pocity. Je to zvláštne a nesprávne. Na druhej strane existuje štipendium pre vedkyne z L'Oreal. Čo sa s tým stalo? Neviem, zdá sa mi, ako dočasné opatrenie podpory žien vo vede, je to normálne (je to štipendium, nie kvóty), ale jedného dňa to nebude potrebné.