Шарль Рок-Карм (Charles Roques-Carmes) учится в аспирантуре Массачусетского технологического института (MIT), где работает под руководством Марина Солячича (Marin Soljačić), широко известного благодаря исследованиям в области беспроводного безызлучательного переноса энергии и различных проблем нанофотоники и электромагнетизма. На три месяца молодой ученый приехал на стажировку в Университет ИТМО, чтобы поработать вместе с ученымиМеждународного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов. Шарль подчеркивает: Россию выбрал осознанно, ведь здесь он не только может работать в перспективной научной области, но и практиковать русский язык, который изучает со школы. О работе в Университете ИТМО, особенностях российских научных групп и о том, почему русский язык порой сложнее нанофотоники, он рассказал в интервью ITMO.NEWS.

Сейчас вы работаете в группе известного ученого Марина Солячича (ученый —профессор физики в MIT, газета «The New York Times» в 2007 году включила его в список 70 авторов «исключительных и гениальных идей»). Расскажите подробнее, какими исследованиями вы занимаетесь?

Сейчас я являюсь аспирантом третьего года обучения в Массачусетском технологическом институте. В аспирантуре и во время более ранних исследований я работал в различных областях физики, среди которых нанофотоника, взаимодействие света с веществом, физика свободных электронов, нанофотонные вычисления, а также с машинным обучением.

Когда я был стажером-исследователем в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS), я работал под руководством профессора Федерико Капассо над диэлектрическими метаповерхностями. После этого я поступил в аспирантуру MIT и немного сменил область исследований.

В целом сейчас я работаю над такими вопросами, как взаимодействие света с веществом благодаря свободным электронам, а также нанофотонными вычислениями, применяемыми для машинного обучения и NP-Hard оптимизации. Я провожу как теоретические, так и экспериментальные исследования. В частности, я выполняю эксперименты, в которых мы возбуждаем нанофотонные структуры (например, фотонные кристаллы, наноструктуры и т. д.) со свободными электронами, чтобы генерировать излучение. Если мы хотим улучшить взаимодействие между свободными электронами, светом и веществом, нам нужны структуры с характерными свойствами. Диэлектрические наноструктуры являются очень перспективной платформой для создания таких интересных свойств. Прежде всего потому, что диэлектрические структуры без потерь дают возможнось эффективно управлять светом.

Какова область применения этих исследований?

Одним из применений таких фотонных структур является усиление взаимодействия света с веществом благодаря свободным электронам. Таким образом, мы можем применить эти концепции к разработке новых интегрированных перестраиваемых источников света. Это, например, то, что мы недавно сделали в MIT: мы разработали интегрированный ближний инфракрасный источник, состоящий из подложек из чистого кремния или диэлектрических структур, возбуждаемых свободными электронами.

Но вместо того, чтобы применять структуры, которые мы использовали в MIT для подтверждения концепта, возможным продолжением этой работы может стать использование высокодобротных факторных структур, которые мы сейчас разрабатываем в группе Андрея Богданова. Эти идеи были предложены в статье, опубликованной нашей группой в журнале Nature Physics в прошлом году.

Вы сказали, что не всегда занимались именно фотоникой. А с чего в принципе начался ваш путь в науку?

Я родился в Безансоне, небольшом французском городе недалеко от границы со Швейцарией. Там я окончил лицей, а затем отправился в Париж, чтобы окончить подготовительные классы и поступить в высшее заведение. В итоге я поступил в Политехническую школу в Палезо (École Polytechnique), где получил степень бакалавра и магистра. Эта часть моего образования была более фундаментальной и в основном была сосредоточена на физике и технических науках.

К концу моей магистерской программы я решил работать над диссертацией по диэлектрическим метаповерхностям в SEAS под руководством Федерико Капассо. Затем, в сентябре 2016 года я поступил на факультет электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института, где в 2018 году получил степень магистра. А сейчас продолжаю обучение в аспирантуре.

Что побудило вас заняться именно нанофотоникой?

Мне понравилось работать в этой области, так как она объединяет фундаментальные концепции с различными приложениями. Основные принципы нанофотоники достаточно просты, и, опираясь на них, можно создавать сложные структуры с интересными свойствами. Это напоминает мне игру, что-то вроде LEGO.

Метаповерхности открывают новые возможности в управлении и манипулировании светом. И в последние годы очень много говорится о перспективах метаматериалов в различных областях. Но какие проблемы еще предстоит решить ученым, чтобы все это стало реальностью?                                 

Полагаю, что в будущем метаповерхности могут изменить традиционную оптику. Более того, я думаю, что исследования в этой области сделают обычные устройства намного более компактными.

Существует также много потенциальных приложений в дополненной и виртуальной реальности. Но есть здесь и ряд препятствий. Например, проблема хроматической аберрации. Большинство диэлектрических метаповерхностей оптимизированы для работы на одной длине волны и под одним углом. Так, они будут действовать как фокусирующая линза. Разработка однослойных диэлектрических метаповерхностей, которые реализуют произвольные функции в большой полосе пропускания (например, по всему видимому спектру), является довольно сложной задачей и перспективной областью исследований.

Это именно то, над чем я работал в SEAS и продолжаю работать в группе профессора Солячича. Существуют различные методы для достижения этих широкополосных конструкций, но все они довольно сложны, даже с точки зрения моделирования и оптимизации.

В Университете ИТМО вы работаете с группой Андрея Богданова. Почему вы решили отправиться на стажировку в Россию и поработать именно в этой группе?

Мой выбор обусловлен несколькими причинами. Прежде всего, я начал изучать русский язык еще в школе во Франции и продолжил обучение в MIT с доктором Марией Хотимской (Maria Khotimsky). Поэтому во время стажировки я хотел научиться использовать русский язык в работе. Также я очень интересуюсь русской культурой: литературой, поэзией, музыкой и историей. Например, недавно я заинтересовался переводом русской поэзии на французский и английский языки, этой работой также руководит Мария Хотимская. Россия — прекрасная страна, поэтому я очень рад возможности провести здесь лето.

Во-вторых, команда, частью которой я сейчас являюсь, широко известна в области нанофотоники. И думаю, что эта стажировка — отличная возможность совместить мою любовь к русскому языку и культуре с моими научными интересами. Со стажировкой мне помогла MISTI-Russia, это организация, которая каждый год отправляет студентов в Россию, в различные университеты и компании. Они сделали возможным мое пребывание в России, и я хотел бы поблагодарить их за эту прекрасную возможность.

Здесь, в Университете ИТМО, я работаю с исследовательской группой Андрея Богданова и занимаюсь как теоретическими исследованиями, так и численным моделированием. Надеюсь, что к концу лета нам удастся подтвердить наши прогнозы экспериментами. Эта работа направлена на создание новых нанофотонных структур с высокодобротными резонансами, устойчивыми к структурному беспорядку.

Надеюсь, что эта стажировка — только начало долгого и эффективного сотрудничества между нашей командой в Массачусетском технологическом институте и учеными из Исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов.

Полный текст интервью читайте на нашем портале ITMO.NEWS

Елена Меньшикова

Редакция новостного портала