Фотоны и наноантенны произведут революцию в области обработки информации

В конце декабря 2014 года ученые из Международной лаборатории «Метаматериалы» удостоились премии за лучшую статью 2013 года, опубликованную в журнале «Успехи физических наук» (УФН). Тема научной публикации – «Оптические наноантенны». Александр Краснок, старший научный сотрудник лаборатории, один из главных авторов статьи, рассказал о том, что же представляют собой оптические наноантенны, об их практическом применении и планах на будущее.

– Александр, чему посвящена статья?

– В настоящее время человечество обрабатывает информацию электронными методами, то есть управляя движением электронов в металлах и полупроводниках. Компьютеры на электронных микросхемах становятся все производительнее и компактнее и сегодня доступны практически любому человеку на планете. Однако, в то же самое время основная часть информации передается с помощью оптических сигналов в волоконных линиях связи. Возникает вопрос, можно ли эту информацию не только передавать, но и обрабатывать полностью оптическими методами? Скажем, построить некий аналог электронной микросхемы – оптический чип, и поместить в него множество элементов, выполняющих разные функции по работе со световыми частицами – фотонами? Конечно, можно. Это позволит обрабатывать информацию с гораздо большей скоростью, потому что фотон является более быстрым и «информационно емким» по сравнению с электроном. Но есть и особенности: чтобы использовать частицы для этой цели, они должны быть «уменьшены» – свет нужно сильно локализовать. Справиться с этой задачей позволяют наноантенны.

В нашей обзорной статье, опубликованной в журнале «Успехи физических наук», рассказывается, что такое наноантенны, как они работают, какие бывают и где применяются. Сегодня исследования в этом направлении крайне интересны как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения.

– А имеют ли наноантенны практическое применение и какое?

– Конечно. Использование световых частиц и наноантенн призвано совершить революцию в области обработки информации, но в двух словах об этом не расскажешь. XXI век – это век фотоники, где «приручение света» критически важно для дальнейшего развития во многих сферах: энергетике, обеспечении безопасности, биотехнологиях, высокоточном производстве, обработке информации на квантовом уровне и других. Нанофотоника представляет собой объединение фотоники с нанотехнологиями. Если говорить более конкретно, нанофотоника, к области которой относятся мои исследования, занимается изучением взаимодействия света с материей на наноуровне. Полученные знания позволяют создавать устройства, выполняющие разнообразные операции со световыми потоками: усиление сигналов, модуляция, преобразование частоты и даже независимое управление электрической или магнитной составляющей света. Нанофотоника только зарождается, однако в этой области уже достигнуты большие успехи.

В качестве примера можно привести создание компанией IBM в 2012 году оптического чипа под названием «Holey Optochip», размером пять миллиметров, позволяющего обрабатывать до одного терабита данных в секунду, что значительно больше существующих аналогов. И это только один из первых прототипов. В XXI веке человечество ожидает настоящая фотонная революция. И там, где требуется миниатюризация, без использования наноантенн не обойтись.

Кроме области информационных технологий, наноантенны применяются в медицине для терапии раковых заболеваний, в энергетике для эффективного преобразования энергии солнца в электрический ток, а также во многих других областях.

– Была ли эта победа ожидаемой и какова ее значимость?

– Для нас победа оказалась совершенно неожиданной и стала приятным новогодним подарком. Хотя статья имеет высокий индекс цитирования за 2014 год. Мы получили поздравительное письмо от академика Леонида Вениаминовича Келдыша, что является для нас большой честью.

Если говорить в целом, то журнал «Успехи физических наук» по праву считается самым известным российским физическим журналом как в России, так и за рубежом. Он имеет очень высокий импакт-фактор. Всего три года назад, когда я был начинающим аспирантом, мне казалось, что опубликовать статью в таком журнале практически невозможно, но я очень этого хотел. Для меня это был своеобразный рубеж, который я должен был преодолеть. На момент выхода нашей работы я уже был автором ряда статей, в том числе в зарубежных изданиях. Но долгожданная публикация в УФН принесла наибольшее удовлетворение. Ведь английский вариант статьи, как лучшей публикации 2013 года, будет весь следующий год находиться в открытом доступе на сайте IOPscience.

– Расскажите о вашем коллективе и о своих планах на будущее?

– В 2011 году Международная лаборатория «Метаматериалы» под руководством Юрия Кившаря, ведущего ученого Австралийского национального университета, созданная в рамках правительственной программы мегагрантов, объявила всероссийский конкурс на замещение вакансий. Мне удалось победить в этом конкурсе. В то время я жил во Владивостоке с женой и маленьким ребенком. И у меня, конечно, были сомнения, стоит ли рисковать, менять уже сложившуюся жизнь и переезжать с семьей на другой конец страны. Но всего один звонок заведующего лабораторией Павла Белова развеял все мои сомнения. Я поверил этому человеку и, как оказалось, не зря. За два года в подразделении удалось собрать коллектив первоклассных молодых специалистов, занимающихся самыми разными проблемами физики – от оптики до акустики, от метаматериалов до наноантенн. В лаборатории царит удивительно семейная атмосфера. По рекомендации своих друзей и коллег к нам приезжают учиться и работать молодые ребята из Австралии, Германии, Китая, Беларуси. Им у нас нравится, они стараются остаться здесь подольше. Мне самому очень нравится работать в Международной лаборатории «Метаматериалы», в моих ближайших планах – продолжать заниматься изучением фундаментальных и прикладных проблем фотоники.

Пресс-служба Университета ИТМО

Архив по годам:
Пресс-служба