Директор физико-технического мегафакультета Университета ИТМО Павел Белов представил доклад «Научная повестка Нового физтеха Университета ИТМО: от метаматериалов и метаповерхностей до оптических чипов, МРТ и поиска темной материи» на научном семинаре Национального центра физики и математики (НЦФМ) в рамках Десятилетия науки и технологий. Мероприятие прошло 24 ноября в актовом зале МГУ Саров.

Учёный рассказал о ключевых научно-технологических проектах Нового физтеха ИТМО, в основе которых создание метаматериалов, метаповерхностей и метаустройств с уникальными электромагнитными свойствами, не встречающимися у материалов в природе. На примере разработок в области магнитно-резонансной томографии, беспроводной передачи энергии и компонентов для оптических чипов учёный продемонстрировал практическое применение фундаментальных концепций, связанных с созданием искусственных материалов, поверхностей и структур, обладающих необычными электромагнитными свойствами. 

«Периодичность обычных материалов сильно меньше, чем длина волны того излучения, на котором мы хотим работать. Остается возможность создавать искусственные кристаллы, у которых периодичность будет значительно меньше длины волны излучения, но при этом будет включать много периодов обычной кристаллической решетки. Туда можно добавлять разные материалы, делать разные геометрии, при этом на макроуровне эта структура будет вести себя как материал. Такой метаматериал можно делать с необходимыми вам заданными свойствами для конкретного приложения. Например, из немагнитных материалов можно сделать метаматериал обладающий магнитным откликом», - подчеркнул Павел Белов. 

Используя собственные разработки, аспиранты ИТМО решили одну из проблем магнитно-резонансной томографии – зашумлённость слабых магнитных сигналов. Они предложили беспроводные катушки на основе метаматериалов, совместимые с любыми томографами. Предложенные резонаторы прошли многократное тестирование, в том числе на людях, и подтвердили свою эффективность.

«По просьбе докторов, с которыми мы сотрудничали, мы также разработали специальные резонаторы для МРТ на основе керамики для ранней диагностики рака молочных желёз. Такой резонатор понижает радиочастотную нагрузку на пациента, сканирует только необходимую область и убирает артефакты. Сейчас мы имеем уже готовый продукт, готовый к внедрению», - отметил Павел Белов.    

Новый физтех ИТМО также занимается развитием направления беспроводной передачи энергии. Как рассказал руководитель, помимо всем привычной необходимости регулярно заряжать большое количество бытовых приборов, есть области, в которых беспроводная подзарядка является острой необходимостью, например, подзарядка различных имплантов, поддерживающих функциональность организма человека в здоровом состоянии.

«Мы решили использовать в качестве резонаторов керамические шарики. Добротность у такого резонатора гораздо выше, чем у металла, а чувствительность к сдвигам меньше. На расстоянии до 10 см с такими резонаторами можно достаточно эффективно передавать энергию. Также мы развиваем идею использования мета поверхностей для беспроводной передачи энергии. Например, делаем умный стол, где фактически растягиваем площадь резонатора при помощи метаповерхности на всю поверхность стола. Таким образом, куда бы вы не положили приёмник – он получит энергию», - рассказал Павел Белов. 

На Новом физтехе ИТМО сейчас создается сертифицированный прототип комнаты, в которой любое устройство будет заряжаться беспроводным способом. По словам Павла Белова, в комнате можно проводить зарядку устройств, потребляющих не более 200 Вт, и одновременно в ней смогут заряжаться несколько бытовых приборов: телевизор, телефон, робот-пылесос и светильники.

Создаваемые метаматериалы учёные ИТМО планируют использовать и для поиска тёмной материи. В частности, собрали первый прототип резонатора со средой из проводов, обладающей плазменными свойствами. В дальнейшем его планируется использовать в устройстве для возможной регистрации аксионов – гипотетических частиц тёмной материи.

В завершение семинара учёные НЦФМ и Нового физтеха Университета ИТМО обсудили возможности развития сотрудничества – участие специалистов ИТМО в реализации научной программы Национального центра физики и математики.

Запись семинара доступна ВКонтакте НЦФМ по ссылке https://vk.com/video-215983798_456239258.

Для справки:

В марте 2023 года состоялся первый научный семинар НЦФМ, посвящённый развитию технологии рентгеновской литографии в России. В течении года планируется проведение научных семинаров НЦФМ по тематикам всех направлений научной программы: от искусственного интеллекта до лазерной физики. Научным руководителем научного семинара НЦФМ является научный руководитель НЦФМ академик РАН Александр Сергеев.  Серия научных семинаров проходит очно в учебном блоке образовательного ядра НЦФМ – МГУ Саров – с трансляцией ВКонтакте НЦФМ.

Университет ИТМО (Санкт-Петербург) ― национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий и один из лидеров глобального и национального академического сообщества. Университет объединяет более 12 тысяч студентов из 90 стран мира и свыше 4000 сотрудников: ученых, преподавателей, методистов. В структуре университета 4 мегафакультета и 15 факультетов. Новый физтех (или физико-технический факультет ИТМО) создан в 2017 году на базе Международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов. На факультете реализуется одна программа бакалавриата и четыре — магистерских, а также более 20 научных направлений в областях нанофотоники, радиофизики, квантовой оптики и новых материалов.

Национальный центр физики и математики (НЦФМ) является флагманским проектом Десятилетия науки и технологий. В Сарове (Нижегородской обл.), на территории НЦФМ возводится комплекс из научно-исследовательских корпусов, передовых лабораторий и установок класса «мидисайенс» и «мегасайенс» с целью получение новых научных результатов мирового уровня, подготовки учёных высшей квалификации, воспитания новых научно-технологических лидеров, укрепления кадрового потенциала предприятий Госкорпорации «Росатом» и ключевых научных организаций России.

Образовательной частью Национального центра стал филиал Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова - «МГУ Саров». Учредители НЦФМ – Госкорпорация «Росатом», МГУ им. М.В. Ломоносова, РАН, Министерство науки и высшего образования России, РФЯЦ-ВНИИЭФ, НИЦ «Курчатовский институт» и ОИЯИ. НЦФМ во «ВКонтакте», в Телеграме.

Десятилетие науки и технологий в России (2022-2031, стартовавшее по Указу Президента) – это масштабная программа инициатив, проектов и мероприятий по ускоренному развитию экономики и социальной сферы через усиление роли науки и наукоёмких технологий в стране. Основные цели Десятилетия – привлечение молодежи в сферу науки и технологий, вовлечение исследователей и разработчиков в решение важных задач для страны и общества и рост знания людей о достижениях Российской науки. Более подробная информация об инициативах, мероприятиях и проектах Десятилетия науки и технологий – на сайте наука.рф. Оператор проведения Десятилетия науки и технологий – АНО «Национальные приоритеты».

Перед российской промышленностью стоит цель в кратчайшие сроки обеспечить технологический суверенитет и переход на новейшие технологии. Государство и крупные отечественные компании направляют ресурсы на ускоренное развитие отечественной исследовательской, инфраструктурной, научно-технологической базы. Внедрение инноваций и нового высокотехнологичного оборудования позволяет предприятиям занимать новые ниши на рынке, повышая конкурентоспособность российской промышленности.

Пресс-служба НЦФМ