5 причин учиться на базовой кафедре квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН

Чем молодых физиков привлекает обучение в Вышке? Какие лаборатории ИСАН открыты для будущих профессоров и академиков? Выяснила новостная служба портала.

1. Институт спектроскопии РАН — один из крупнейших академических институтов России

 Входит в пятерку академических институтов России по цитируемости публикаций в Scopus и в Web of Science; вошел в первую группу институтов РАН по результатам последнего рейтинга;

 Участник крупных международных проектов — CERN, FAIR, DESY;

 Именем ученого ИСАН, профессора Владилена Летохова, названа высшая и единственная награда российского ученого за рубежом — медаль Европейского физического общества за прорывные работы в области взаимодействия лазерного излучения с веществом;

 В Институте работают 30 докторов и 45 кандидатов наук.

2. С первого дня учебы в ИСАН студенты погружаются в большую науку

Студенты сами выбирают тему исследования и уже с третьего курса вместе с учеными Института спектроскопии приступают к экспериментам.

3. Студенты ИСАН вовлечены в мировое научное сообщество

Здесь работают ведущие ученые РАН в области лазерной физики и спектроскопии, исследования ведутся в широкой национальной и международной коллаборации. ИСАН — научная Мекка для ученых всего мира, включая Нобелевских лауреатов по лазерной физике, фотонике и спектроскопии, которые часто посещают институт и выступают на семинарах с докладами.

История ИСАН насчитывает 50 лет. За это время здесь сделаны пионерские эксперименты по лазерному охлаждению атомов, по лазерному разделению изотопов с использованием методов селективного лазерного возбуждения атомов и молекул, что привело к созданию новой области — лазерной химии.

Признание ИСАН принесли также работы Сергея Мандельштама по теории спектров высокоионизованных атомов, аналитической спектроскопии, Романа Персонова по методу селективного лазерного возбуждения тонкоструктурных спектров и выжиганию провалов в спектрах молекул, Владимира Аграновича по теории экситонов, поляритонов и резонансных наноструктур типа органика-полупроводник и др.

4. Студенты, решившие продолжать обучение, получают все бонусы академической аспирантуры Вышки

В академической аспирантуре можно спокойно заниматься наукой — стипендия составляет 30 000 рублей, не говоря уже об оплачиваемой работе в исследовательских проектах НИУ ВШЭ, участии в международных стажировках, конференциях и грантах. Аспирантский челлендж заканчивается присуждением степени PhD.

5. На практику студентов принимают международные организации-партнеры ИСАН:

  Институт квантовой оптики общества Макса Планка, Гархинг, Германия

  Институт физики света общества Макса Планка, Эрланген, Германия

  Международный центр теоретической физики, Триест, Италия

  Институт фотонных наук, Барселона, Испания

  Университет Экс-Марсель, Марсель, Франция

  Калифорнийский университет, Риверсайд, США

  ASML, крупнейший производитель фотолитографических систем для микроэлектронной промышленности, Велдховен, Нидерланды

Так чем же занимаются в Институте спектроскопии РАН?

С помощью методов спектроскопии в Институте изучают природу: от космоса и живых систем, до твердых тел и наносистем. Подробнее о том, что изучают в ИСАН и где находят применение результаты исследований, рассказывают сотрудники лабораторий.

 

Антон Гритченко,
аспирант факультета физики ВШЭ, инженер-исследователь ИСАН

— Я занимаюсь однофотонными источниками излучения, их взаимодействием с наноструктурами. Они позволяют создавать источники излучения для квантовых линий связи с существенно лучшими характеристиками. Это линии с алгоритмами, которые на фундаментальном уровне защищают от прослушки и применяются в банковском секторе, в оборонной промышленности.

Существует мнение, что в науке тяжело работать, покупка оборудования растягивается на несколько месяцев. У меня много примеров, когда замена детали, которой не было в наличии в лаборатории, происходила за два-три дня.

Лаборанты в Вышке — действующие ученые, и это огромный плюс. Лаборатория наноплазмоники и нанофотоники под руководством профессора В. И. Балыкина, которую я выбрал, — одна из самых продуктивных и тесно сотрудничает с зарубежными коллегами.

 

Игры со светом: фотоника, плазмоника и наноплазмоника

Фотоника — современный аналог оптики, как самостоятельная дисциплина сформировавшийся в 1960-х годах. Фотоника применяется в создании новых устройств.

Если же скомбинировать микроэлектронику и фотонику, получится плазмоника, новая технология, которая сочетает в себе лучшие свойства электронных и оптических схем. В перспективе она позволит создавать вычислительные элементы маленького размера, но при этом с информационной емкостью и производительностью, во много раз превышающими нынешние показатели.

Наноплазмоника — новое направление, открытое в 90-х годах. Наноплазмоника изучает явления, связанные с колебаниями электронов проводимости в металических наноструктурах и наночастицах и взаимодействием этих колебаний со светом.

«В лаборатории наноплазмоники и нанофотоники недавно собрали плазмонный нанолазер сверхмалого размера, в котором используются плазмонные поля вместо фотонных», — рассказывает Антон Гритченко.

Ультрабыстрые процессы

В лаборатории спектроскопии ультрабыстрых процессов изучают процессы в веществе, которые длятся пико- и фемтосекунды. Чтобы понимать, пико — это 10^-12, фемто — 10^-15 секунды, то есть очень быстро. Чем короче импульсы, тем больше возможностей для наблюдения за сверхбыстрыми процессами в режиме реального времени.

«Объекты для исследования могут быть совершенно разные: твердые тела, жидкости, газы, плазма, живые системы. Широкое применение такой метод находит в разных областях химии: фотохимии, фемтохимии, фотосинтезе», — уточняет Алексей Мельников, научный сотрудник ИСАН.

Филаментация: как распознать химическую аварию удаленно

Филаментация используется для зондирования окружающей среды, определения примесей в ней. Если произошла авария на химическом заводе, с помощью филаментов можно, не заходя на территорию, узнать концентрацию вредных веществ. А с помощью фемтосекундных лидаров удаленно зондируют атмосферу. Полученные данные могут использоваться для составления прогноза погоды, оценивания радиационной обстановки на местности.

Лазерный майкромашининг

Такой метод используется в обработке материалов, создании микроструктур. Плюсы фемтосекундных импульсов в том, что они очень быстро вырывают вещество с поверхности твердого тела и энергия не успевает проникнуть в него. Вместо безобразных отверстий, которые остаются после воздействия наносекундного лазера, получаются аккуратные структуры.

Воздействие фемтосекундного лазера на вещество контролируемо разрушительно, то есть им можно управлять. Поэтому метод применяется даже в медицине: для операций на глазах и в стоматологии.

Молекулярное кино

Молекулярное кино позволяет наблюдать за химическими реакциями между молекулами, что не удается с помощью других методов, так как реакции протекают очень быстро.

«Интервал между кадрами молекулярного кино сравним со временем взаимодействия между молекулами — порядка фемтосекунд», — объясняет Виктор Компанец, старший научный сотрудник ИСАН.

Биосенсоры

Одно из приложений нанолазера (спайсера) —  биосенсоры. Так как внутри нанолазера достаточно высокая концентрация поля, то можно делать либо микрорезонаторную спектроскопию, либо лазерную спектроскопию при крайне низких концентрациях.

Биосенсоры применяются в медицине, для определения уровня глюкозы в крови, например. В Институте спектроскопии занимаются детектированием биомаркеров сердечных заболеваний — белка тропонина, который участвует в процессе мышечного сокращения. Тропонин появляется, когда у человека наблюдаются сердечные заболевания.

«В ИСАН добились того, что можно детектировать тропонин с высокой точностью, вплоть до единичных молекул», — добавляет Антон Гритченко.

Литография нового поколения

В институте спектроскопии исследуют принципы работы источников для атомной нанолитографии. Атомная оптика, а точнее атомная нанолитография стала возможной, когда ученые научились управлять движением атомов при их приближении к поверхности.

«В последние годы шла борьба за размер элементов для того, чтобы создавать компактные электронные чипы и микросхемы с очень высокой плотностью элементов и высокой производительностью», — рассказывает заведующий сектором плазменных источников излучения ИСАН Владимир Кривцун.

Холодные атомы

В ИСАН также занимаются атомной оптикой и холодными атомами. Холодные атомы — охлажденные до сверхнизкой (близкой к абсолютному нулю) температуры атомы вещества. Состояние получило название конденсата Бозе-Эйнштейна. Одно из свойств конденсата — сверхтекучесть, поскольку между атомами отсутствует всякое трение. «Холодные атомы позволяют создавать потрясающей точности часы — эталоны времени, по которым работают GPS и другие спутниковые системы навигации, — объясняет Антон Гритченко. — На холодных атомах можно проводить различные квантовые эксперименты, квантовые симуляции, также существуют квантовые компьютеры на холодных атомах».

Подать документы в магистратуру по физике можно до 31 июля.

 Иконки: flaticon.com/ Cole Bemis