Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет Информационных Технологий, Механики и Оптики
НовостиУниверситет ИТМО

Уважаемые абитуриенты и их родители!
Приглашаем Вас посетить профориентационные мероприятия нашей кафедры. В заявке необходимо указать день и время удобное для посещения кафедры.
Контактное лицо:

Зам. зав. каф. ФиОИ Андреева Наталья Владимировна
тел. +7-911-975-58-48, 
e-mail: nvfndreeva@corp.ifmo.ru

2016-07-04
Многообещающий графен: как обладатель гранта IEEE MTT работает над новым источником терагерцев
Сотрудник Лаборатории терагерцовой биомедицины в Международном институте фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Алауди Денисултанов недавно защитил магистерскую диссертацию и вернулся с конференции IMS-2016, которая проходила в Сан-Франциско. Лауреат стипендии MTT-s получил диплом из рук президента IEEE MTT. Сам Алауди вместе с коллегами Егором Седых и Петром Демченко под руководством Михаила Ходзицкого продолжает работу над компактным и эффективным источником терагерцового излучения на основе графена. В скором будущем он пригодится не только в медицине, но и может подарить миру невероятно скоростной интернет.

«На гранты подаешь идею, но в процессе ее реализации понимаешь, что грант – это лишь начало, после которого предстоит еще море работы. Ранее я и не подозревал, за какое трудное дело взялся», – рассказывает Алауди Денисултанов.
В теории
По словам Алауди, изначально на грант IEEE MTT претендовал проект разработки генератора терагерцового излучения на основе графена. К слову, этой проблемой занимаются во многих профильных университетах, поэтому среди ученых существует значительная конкуренция. Ее актуальность продиктована тем, что на сегодняшний день большинство источников терагерцев представляют собой дорогие, громоздкие устройства, которые требуют специализированного обслуживания. В качестве источников могут выступать фотопроводящие антенны, лампы обратной волны, квантово-каскадные лазеры, нуждающиеся в криогенных температурах для генерации терагерцового излучения. Есть и такое оборудование, как лазер на свободных электронах: устройство занимает целую комнату и стоит миллионных вложений. Одним из наиболее оптимальных источников терагерцев являются фотопроводящие антенны, которые относительно небольшие по размерам и подходят для решения многих задач.
Однако во всех перечисленных устройствах есть определенные трудности с генерацией терагерцового излучения. Цель Алауди – создание универсального терагерцового источника на графене. В ходе работы Алауди заметил изменение проводимости графена при оптической накачке – процессе, при котором графен «бомбардируется» каким-либо излучением: в данном случае графен решили «расстрелять» инфракрасным излучением. При увеличении мощности оптической накачки начала происходить интересная динамика проводимости графена – она стала отрицательной. В свою очередь, отрицательная проводимость означает генерацию, что подтверждается уравнениями диэлектрической проницаемости. Таким образом, в ходе эксперимента с помощью графена и инфракрасного излучения была произведена генерация терагерцев.

«Собственно, этот результат я и включил в свой отчет.  Теперь передо мной стоит задача варьировать значения температуры и магнитного поля, чтобы посмотреть, влияют ли они на генерацию, и если влияют, то насколько. Это необходимо и для того, чтобы понимание свойств графена было более четким. Сейчас мы имеем очень много статей, теорий и мнений об этом материале, и все они друг другу противоречат. А ведь графен открыли больше десяти лет назад, начав активно работать с ним. И до сих пор есть множество противоречивых исследований и результатов»
, – заметил молодой ученый.
По словам Алауди Денисултанова, основой для его магистерской диссертации, которая посвящена исследованию генерации терагерцового излучения, стали исследования и статьи уважаемого японского профессора Таиши Отсуджи. В процессе он пытался с их помощью понять, как меняется проводимость графена в процессе оптической накачки. Однако при изучении некоторых статей молодой ученый с удивлением обнаружил ряд неточностей и даже ошибок, которые приходилось править. Кроме того, для скрупулезной работы над свойствами графена Алауди была нужна крепкая теоретическая база, которой до сих пор нет. Чтобы заполнить пробелы в исследованиях, молодой ученый намерен уехать по программе двойной аспирантуры в Японию к самому Таиши Отсуджи. Есть и другой вариант: отправиться на учебу в Манчестерский университет к одному из первооткрывателей графена, Нобелевскому лауреату Константину Новоселову. Там, по словам Алауди Денисултанова, есть прогрессивное и удобное оборудование для решения его задач.
«В Англии умело синтезируют графен, чего нельзя сказать о России: у нас не настолько хорошо делают те образцы, которые нужны мне для работы. Сейчас для своих исследований мне приходится покупать графен испанского производства, и это не всегда удобно. Англичане как первооткрыватели сами делают графен на хороших установках. В Англии есть ресурсы, а в Японии – уникальный исследователь, который занимается интересующей меня темой. Так что вопрос, куда ехать учиться, для меня остается дилеммой», – отметил молодой ученый.

На практике
Большим бонусом прикладного характера нового терагерцового источника (при удачном стечении обстоятельств и успешной работе) может стать создание удобного и компактного генератора терагерцев. Например, это может существенно помочь аспиранту Святославу Гусеву в создании эффективного неинвазивного глюкометра.

«Графен – вещь очень компактная, и генерацию он может осуществлять при помощи того же электричества. Теоретически можно сделать совершенно миниатюрный эффективный прибор на основе метаматериалов и графена, который сможет удобным образом генерировать терагерцы в нужном направлении. Преимущество графена в том, что достаточно его и источника питания, чтобы происходила генерация, – очень удобно. Но нужно хорошенько проработать структуру, которая будет генерировать излучение в нужном направлении», – добавил магистр.

Однако не все так просто: графен обеспечивет довольно маленькие мощности, поэтому Алауди в ближайшее время планирует справиться с этой проблемой путем создания многослойной кремниевой структуры со слоями графена.

«Профессор Отсуджи как раз сосредоточился на возбуждении поверхностных плазмонов, чтобы они давали коллективное, а не одиночное испускание терагерцового излучения. Есть и другой вариант – попытаться накачать кремнивую подложку, которая будет передавать энергию графену. Тогда эффективность генерации возрастет. У нас уже есть и графен на кремнии, и лазер для накачки подложки, осталось только устроить эксперимент: через подложку передавать энергию графену и смотреть, насколько хорошо будет происходить генерация. То есть, работая над магистерской диссертацией, я светил инфракрасным излучением на сам графен, а теперь мы будем светить на кремниевую подложку. При успехе эксперимента мы сконструируем многослойную структуру из кремниевых подложек с графеном. Посмотрим, что получится», – поделился планами Алауди.
Чтобы установка, которую надеется получить Алауди и его коллеги, стала коммерчески привлекательной, нужно подождать пару-тройку лет. За это время синтез графена станет дешевле, и полная комплектация устройства будет стоить порядка 50 тысяч рублей. Однако для создания эффективного устройства нужна команда, которой молодому исследователю сейчас не хватает.
Кроме того, Алауди Денисултанов мечтает сделать Wi-Fi устройство, которое будет работать на терагерцах. Дело в том, что с помощью ТГц гипотетически можно передавать гигабиты информации в секунду. Схема работы все та же: графен синтезируется на подложках, а из них делается «сэндвич», который нужно будет, грубо говоря, сформировать в антенну и встроить в компьютер или гаджет. Подвох в том, что вода, содержащаяся в воздухе, очень хорошо поглощает терагерцы. Поэтому нужно будет подбирать ту терагерцовую частоту, которая будет поглощаться минимально. Для реализации задумки Алауди, опять же, нуждается в амбициозной междисциплинарной команде с участием IT-специалистов, которые могли бы ему помочь. Пока же он планирует вместе с коллегами Егором Седых и Игорем Прожеевым подаваться на грант компании Edmund Optics, которая может дать до десяти тысяч долларов на достойный проект. По словам магистра, его идея уже касается разработки специальной исследовательской аппаратуры.

Конференция в Сан-Франциско
Награду за свою работу Алауди Денисултанов получил в рамках конференции IEEE MTT International Microwave Symposium (IMS), которая проходила в США в конце мая. По словам молодого исследователя, конференция имеет огромный потенциал для Университета ИТМО – как для студентов, так и для сотрудников научных центров. На этот раз, рассказывает Алауди, там было двое русских среди сотен иностранцев.
«Сейчас наш университет очень активно развивается и стремится к будущему семимильными шагами. А на конференции IMS есть множество серьезных инженерных конкурсов для студентов по микроволновым и терагерцовым темам, где дают приличные денежные награды. В половине номинаций победителя вообще не было, так как большая часть проектов организаторам не понравилась, и они не стали выбирать “лучших из худших”. Мне кажется, это вызов! Я уверен, что у нас  есть ребята, которые занимаются перспективными и интересными проектами и могут  представить свои идеи на суд жюри», – подчеркнул он.
Полина Полещук
Редакция новостного портала Университета ИТМО

Статья доступна на портале Университета ИТМО по следующей ссылке.
2016-06-03
Сотрудник кафедры получил грант Президента РФ для поддержки молодых кандидатов и докторов наук
Университет ИТМО в этом году стал одним из лидеров среди вузов Северо-Западного федерального округа по количеству ученых, которые получили грант Президента РФ для поддержки молодых кандидатов и докторов наук. Семь грантополучателей от вуза занимаются исследованиями в области наноструктур, метаматериалов, компьютерной фотоники, оптоинформатики, электронного правительства. Доцент, старший научный сотрудник кафедры фотоники и оптоинформатики Николай Петров стал одиним из обладателей гранта Президента РФ среди победителей от Университета ИТМО.
Президентские гранты для поддержки молодых ученых присуждаются наиболее перспективным и талантливым исследователям, работы которых имеют теоретическое или прикладное значение. Заявители-кандидаты наук должны быть не старше 35 лет, премия присуждается ежегодно 400 ученым. Возраст докторов наук, которые могут участвовать в конкурсе, не должен превышать 40 лет. Ежегодно награждаются 60 исследователей с этим ученым званием.
На участие в конкурсе этого года в Министерство образования и науки РФ было подано около 3,5 тысяч заявок, из них 358 – из Северо-Западного федерального округа. Санкт-Петербург как научная столица России ожидаемо стал лидером по количеству победителей в своем округе: государственную премию получили 52 представителя городских вузов, учреждений РАН и Российской академии медицинских наук. В их числе семь докторов и 43 кандидата наук.

«Сегодня перед Россией стоят масштабные задачи. Необходимо двигаться вперед во всех областях: укреплять экономику, обороноспособность страны, развивать социальную сферу. И, конечно, для этого  нужны и эффективная система образования, и сильная наука, и собственные передовые технологии», – сказал полномочный представитель президента РФ в СЗФО Владимир Булавин во время торжественной церемонии вручения почетной премии победителям конкурса.
Он добавил, что проблема разрыва научных поколений, которая чрезвычайно остро ощущалась в 2000-х годах, постепенно решается. Число ученых в возрасте до 39 лет в российской науке выросло за последние 8 лет на 30%. Важно, чтобы они и дальше продолжили заниматься исследованиями в технических и инженерных сферах, медицине, физике, химии, биологии – в тех областях, которые определяют экономику будущего и обеспечивают комфортную жизнь для граждан страны.
Из Университета ИТМО получателями гранта стали семь молодых ученых, которые тем самым вывели вуз в число лидеров по количеству победителей конкурса в СЗФО. Теперь грантополучатели будут работать над своими проектами совместно с магистрантами или аспирантами, которые, по условиям получения гранта, должны стать соисполнителями.

Доцент, старший научный сотрудник кафедры фотоники и оптоинформатики Николай Петров ответил на вопросы редакции новостного портала и рассказал о проекте «Разработка методов расчета дифракционных оптических элементов на основе алгоритмов адаптивной оптимизации волновых фронтов», который он будет реализовывать благодаря гранту.

В проекте разрабатывается новый подход к задаче синтеза дифракционных оптических элементов, эффективно приводящих энергию излучения к определенному виду. Данная задача является чрезвычайно актуальной проблемой. Ее решение может быть применимо в работах по осуществлению управляемого термоядерного синтеза с использованием сверхмощных лазерных импульсов, в манипулировании объектами макромира, а также в проведении хирургических операций с использованием лазерного излучения. Дифракционные оптические элементы имеют ряд преимуществ: их можно использовать в ультрафиолетовом, дальнем инфракрасном и терагерцовом диапазонах спектра. Кроме того, интерес к разработке в этой области обусловлен широкими возможностями по разнообразному преобразованию различных параметров световой волны. 
Необходимость проведения данного исследования обусловлена тем, что существующие методики не универсальны и обладают рядом ограничений. Предложенный же подход является принципиально новым и подает надежду, что некоторые из таких ограничений удастся преодолеть. Не так давно появились новые оптические техники, которые позволяют минимизировать рассеяние света в сильно неоднородных материалах, таких как живые ткани. Это позволило исследователям фокусировать оптическое излучение в толщу этих рассеивающих сред на глубины более одного сантиметра, что чрезвычайно важно, например, в фотодинамической терапии. В основе этих техник лежат адаптивные методы управления волновыми фронтами оптического излучения. Оригинальность поддержанного проекта заключается в том, что данные методы могут быть использованы не только по прямому назначению, но и для разработки дифракционных оптических элементов. 
Возианова Анна Викторовна
Доцент кафедры ФиОИ
,
Статья подготовлена по материалам редакции новостного портала Университета ИТМО

Полный текст статьи и интервью с грантополучателями Университета ИТМО доступно по следующей ссылке.
2016-04-19
Молодые ученые стали финалистами первого Science Slam в Университете ИТМО
​В пятницу 15 апреля в Университете ИТМО состоялся финал первого сезона Science Slam ITMO Leagueзавершивший V Всероссийский конгресс молодых ученых. Молодые ученые ИТМО доказали зрителям существование науки в стиле Stand Up. Представляя зрителям свои исследования, участники не скупились на шутки, интернет-мемы и длинные «простые» формулы. Каждый из пяти молодых ученых вместе с бессменным ведущим городских «слэмов» Сергеем Гавриловым заслужил свою порцию аплодисментов, однако больше всего одобрительного шума вместе с главной наградой получил студент кафедры фотоники и оптоинформатики  Владимир Борисов, рассказавший о невидимости.

Первый петербургский «слэм» в стенах университета был одновременно похож и не похож на традиционные бои с клубно-барным духом. Пять спикеров, десять минут на выступление, полумрак в зале и софиты на сцене соответствовали формату Science Slam, известному многим. Участники всячески старались максимально снять налет академичности, продиктованной местом выступления, и не боялись сокращать дистанцию со зрителем. В итоге всем спикерам удалось заставить публику не только задуматься над научными вызовами современности, но и вдоволь посмеяться.
Среди пяти финалистов первого Science Slam Университета ИТМО оказалось двое молодых сотрудников кафедры фотоники иптоинформатики, а именно студент магистр Владимир Борисов и аспирант лаборатории "Терагерцевая биомедицина" Святослав Гусев.
Сотрудники 
редакции новостного портала Университета ИТМО пообщадись с нашими участниками.
 
«Несмотря на то, что мы умеем генерировать разнообразные волны, делать из одних  волн другие, детектировать их и получать необходимую нам информацию, мы совершенно не способны ими манипулировать. На данный момент наша работа с ними скорее напоминает нечто вроде работы доисторических людей, нежели гениев физики», – сразу обозначил проблему Владимир Борисов.
По словам молодого ученого, чтобы поверить, что объект невидим, нужно увидеть то, что находится за ним.  Для этого необходимо, чтобы свет проходил, например, через шарик, отражался от того, что находится за ним, и «считывался» глазами смотрящего. Магия заключается в том, чтобы правильно применить возможности преломления. Претворить волшебство в жизнь поможет трансформационная оптика и особые метаматериалы, состоящие из сопоставимых по размеру с колебанием волны шестиугольников (кружков, ромбиков, квадратов и т.д.) с отверстием. Правильно выстроенные вокруг объекта шестиугольники с разными показателями преломления позволят «обмануть» свет, заставят его обогнуть объект, который в итоге станет невидимым. Однако пока такой способ хорошо работает лишь в случае с микроволнами. Другой способ – продуманное использование светочувствительных сред. Сам Владимир Борисов использует обходной путь: берет лазер и вырисовывает им нужную ему дифракционную решетку в материале, пропускает через нее свет и  с помощью многоэтажных формул анализирует полученную информацию.

Святослав Гусев, не понаслышке знающий о диабете, представил публике свой проект неинвазивного лазерного глюкометра. По его словам, такой прибор при помощи спектроскопии поможет диабетикам исключить необходимость ежедневного прокалывания пальцев, чтобы определить уровень глюкозы в крови, и сэкономит людям деньги, которые тратятся на тест-полоски, меняющие цвет татуировки и прочие инвазивные глюкометры.
 
«Как думаете, где лучше всего измерять уровень сахара в крови неинвазивно? Нужно, чтобы капиллярная сетка располагалась как можно ближе к поверхности тела, и в то же время между ней и прибором должно располагаться минимальное количества воды. Данным требованиям удовлетворяет ноготь, который служит для нас опорным слоем и имеет ровную границу сред, по которой мы можем судить о концентрации глюкозы», – заметил исследователь.
Для работы на спектрометре Святослав Гусев даже распечатал на 3D-принтере зажим для пальца, который и продемонстрировал присутствующим. Работа продолжится – группа ученых в составе с финалистом Лиги Science Slam Университета ИТМО будет исследовать соотношение между показателями преломления и концентрацией глюкозы. После этого они будут определять концентрацию по сигнатурным частотам, находящимся в терагерцовом диапазоне.
В заключение добавим, что Лига Science Slam Университета ИТМО продолжится вторым набором, который, по предварительным данным, состоится осенью нынешнего года. Отобранные для участия во второй лиге молодые ученые, пройдут месячную программу обучения, посвященную публичным выступлениям, навыкам эффективной презентации, научной коммуникации и другим темам. 

Текст статьи подготовлен с использованием материалов редакции новостного портала Университета ИТМО

Полный текст интервью со всеми финалистами доступен на портале ИТМО по ссылке. 
2016-04-12
Российские ученые увеличили дальность передачи сигнала в системе защищённых квантовых коммуникаций
Коллектив ученых кафедры фотоники и оптоинформаттики Университета ИТМО разработал принципиально новый подход к созданию систем квантовой связи для организации высокозащищенного обмена данными, а также продемонстрировал соответствующее устройство. Передача однофотонных сигналов в системе при помощи разработанного метода возможна на расстояния более 250 километров, что не уступает самым современным зарубежным аналогам. Ранее отечественные системы квантовой коммуникации не позволяли осуществлять эффективный обмен квантовой информацией на такие расстояния без разрушения сигнала. Статья с результатами исследования была опубликована учеными в журнале Optics Express.

Сегодня защитить свои данные стремятся не только крупные холдинги, банки и оборонные предприятия – тенденция к усилению информационной безопасности наблюдается и на малых предприятиях, и у отдельных пользователей. Однако алгоритмы шифрования данных несовершенны, их логику, пусть и не сразу, но все-таки можно раскусить.
В отличие от алгоритмического шифрования, которое сейчас используется повсеместно, шифрование, основанное на фундаментальных законах квантовой физики, в будущем позволит сделать передачу данных полностью неуязвимой для хакерских атак.  В квантовом канале в качестве носителей информации выступают одиночные фотоны, необратимо изменяющиеся, «попав в руки» злоумышленника. Поэтому легитимные пользователи моментально узнают о любом вторжении в канал при попытке перехвата ключа.
Исследователи из Лаборатории квантовой информатики Международного института фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО при поддержке коллег из университета Хериот-Ватт в Эдинбурге (Шотландия) разработали новую технологию для эффективной генерации и рассылки квантовых бит, а также создали соответствующее устройство для квантовой связи. Это первая отечественная система, которая по совокупности характеристик способна конкурировать с лучшими мировыми разработками и может обеспечить передачу квантового сигнала по оптическому волокну на расстояния более 250 километров.
«Для рассылки квантовых бит мы используем так называемые боковые частоты, – рассказывает руководитель Лаборатории квантовой информатики Артур Глейм. – Такой подход дает нам ряд существенных преимуществ. В частности, это ведет к существенному упрощению конструкции устройства, высокой устойчивости к внешним воздействиям и большой пропускной способности квантового канала связи. По скорости и дальности передачи информации наша система сопоставима с абсолютными рекордами в области квантовой  коммуникации».
Принципиальная возможность устойчивой передачи квантового сигнала по оптическим линиям связи является основой для последующего внедрения систем квантовой криптографии, при помощи которых в будущем будет происходить защищённая передача ключей шифрования.
По мнению Роберта Коллинза, научного сотрудника Института фотоники и квантовых наук, Школы физико-технических наук Университета Хериот-Ватт, работа ученых может стать отправной точной для будущего развития всей квантовой криптографии.
«В перспективе данный подход способен обеспечить свободное сосуществование многих потоков данных с отличными друг от друга длинами волн в одном оптоволоконном кабеле. Более того, эти потоки могут подаваться прямо на существующие оптоволоконные линии совместно с традиционными коммуникациями», –  считает он.
Для кодирования квантовых бит лазерное излучение направляют на специальное устройство – электрооптический фазовый модулятор. В нем центральная несущая волна, исходящая от лазера, расщепляется на несколько независимых волн. После передачи по оптической линии связи в блоке получателя независимо выполняется аналогичное расщепление. От фазового сдвига созданных отправителем и получателем волн относительно друг друга будет зависеть, усилят они друг друга или погасят. После их детектирования и обработки получаются на выходе нули и единицы, из комбинации которых состоит квантовый ключ.
Именно метод кодирования квантовых бит при помощи разности фаз позволяет достичь высокой стабильности сигнала в системе.
«При прохождении через оптоволоконный кабель, – поясняет Олег Банник, один из разработчиков системы, сотрудник Лаборатории квантовой информатики Университета ИТМО, – все волны претерпевают непредвиденные изменения, которые везде одинаковы, благодаря чему при повторном прохождении волн через модулятор получателя изменения нивелируются и мы имеем ту же самую комбинацию, что и у отправителя».
Теперь перед разработчиками стоит задача создания полноценной квантово-криптографической системы и подготовка стандартов, которые позволят осуществить её внедрение в сотрудничестве с государственными и коммерческими структурами.
Статья: «Secure polarization-independent subcarrier quantum key distribution in optical fiber channel using BB84 protocol with a strong referenc» , A. V. Gleim, V. I. Egorov, R. J. Collins, et al. Optics Express, Feb. 2, 2016.
Тамара Беседина, 
Отдел по научным коммуникациям Университета ИТМО

Полный текст статьи доступен на портале Университета ИТМО по ссылке.
 
Предыдущая    4    5    6    7    8    9    10    11    12    Следующая
Design by Anton Alfimov         Powered by MagicTeam