ТЕРА в Нижнем Новгороде
Терагерцовое излучение, растущая область физики электромагнитных излучений, является одним из направлений исследований, проводимых Институтом прикладной физики РАН (ИПФ РАН). С 22 по 25 октября 2018 г. в ИПФ РАН прошла третья международная конференция «Терагерцовое и микроволновое излучение: генерация, детектирование и применения» (TERA-2018). По мнению организаторов встречи, позиции отечественной науки в этой области знания весьма устойчивы Конференция была организована Институтом прикладной физики РАН, Институтом ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), МГУ им. М. В. Ломоносова и НПП «Гиком». Спонсорскую поддержку конференции оказали компании, специализирующиеся на разработке и производстве высокотехнологичного электронного оборудования: Tydex, Keysight-Technologies, «&ОЭС Спецпоставка», Rohde & Schwarz, TeraSense. Председателем конференции стал заместитель директора ИПФ РАН по научной работе Михаил Глявин, сопредседателями — главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, профессор Новосибирского государственного университета Борис Князев и профессор кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ Александр Шкуринов. Первая конференция по терагерцовому излучению TERA состоялась в Новосибирске и собрала около 80 человек. По словам Бориса Князева, Новосибирск был выбран местом проведения первой конференции не случайно. Именно в этом городе начались интенсивные работы по терагерцовому излучению: в Новосибирском институте ядерной физики был запущен лазер на свободных электронах, который генерировал самое мощное терагерцовое излучение. Запущенный лазер является основой центра коллективного пользования, в котором работают исследователи из Новосибирского научного центра Сибирского отделения РАН, Красноярска, Томска, Москвы, Самары, Нижнего Новгорода, Санкт-Петербурга, Кореи и Германии. Вторая конференция TERA в Москве собрала около 130 человек, а третья конференция в Нижнем Новгороде — 210 ученых. «Более двухсот участников TERA-2018 — это отличный результат, — подчеркивает Михаил Глявин. — Как известно, терагерцовое излучение стало последним диапазоном электромагнитных волн, для которого человечество до недавнего времени не имело мощных источников, и роль соорганизаторов TERA-2018 — Института ядерной физики Сибирского отделения РАН, и Московского государственного университета, и лично Бориса Князева и Александра Шкуринова — в развитии данной научной области чрезвычайно велика. Эти блестящие ученые заложили основу конференций, создали научное сообщество и ведут исследования на высочайшем уровне. Вклад организаторов конференции и членов программного комитета в успешную работу конференции огромен, и я признателен им за эту работу. Лет 10 тому назад в нижегородской газете «Поиск-НН» была опубликована статья «Грядет эра Т-лучей». Полагаю, эта эра уже наступает: идет развитие методов генерации терагерцового излучения, растет количество тематик, источников и приложений. И когда появляются новые возможности и новые источники, находятся и потенциальные потребители, ставящие перед учеными конкретные задачи. То есть спрос рождает предложение, а предложение рождает спрос. И все мы прекрасно дополняем друг друга несмотря на то, что каждый занимается своей тематикой, и сообща наполняем наше научное пространство. Увеличивается количество статей, есть весомые результаты. Некоторые из них требуют дополнительной апробации, но я надеюсь, что TERA-2018 поможет участникам найти новые приложения, источники, задачи». В международной конференции TERA-2018 приняли участие исследователи из 14 стран: Великобритании, Германии, Италии, Канады, Китая, Кыргызстана, Латвии, Нидерландов, Тайваня, Франции, Чехии, Южной Кореи, Японии. Россию на конференции представили 155 человек, как состоявшиеся ученые, так и студенты и аспиранты ННГУ им. Н. И. Лобачевского, НГТУ им. Р. Е. Алексеева, Приволжского исследовательского медицинского университета, Самарского и Новосибирского университетов, Санкт-Петербургского университета ИТМО, аспиранты ИПФ РАН и других институтов. По наблюдению Михаила Глявина, примерно четверть участников TERA-2018 приехали из Москвы и Санкт-Петербурга, четверть из Нижнего Новгорода, четверть из Сибири и четверть из зарубежных стран. Среди них — профессор Сеульского национального университета и директор Центра биомедицинских приложений терагерцового излучения Ган-Сик Парк; профессор Пизанского университета и директор по исследованиям Института нанотехнологий Алессандро Тредикуччи; профессор Университета Крита и заместитель директора Института электронной структуры и лазерной физики Стелиос Цорцакис; профессор Национального Тайваньского университета и директор лаборатории сверхбыстрой оптики и нанобиофотоники Чи Куан Сун; профессор Национального института научных исследований, Канада, Цунюки Озаки; профессор университета Нагои и директор лаборатории терагерцовой спектроскопии и имиджинга Кодо Кавасе; заведующий отделом Национального университета оборонных технологий Чанша Цзэн-Сей Чжао; руководитель Центра исследований излучения квантовых пучков Корейского научно-исследовательского института атомной энергии Янг Чонг. «Участие в нижегородской конференции ученых из разных стран говорит об их большом интересе к работам российских коллег, — убежден Александр Шкуринов. — Для сравнения: на международной конференции IRMMW-THz 2018, прошедшей в сентябре 2018 г. в Нагое, было заслушано 847 докладов, в том числе 50 докладов из России, причем эта цифра сопоставима с числом докладов ученых из США. То есть уровень российских работ по терагерцовым технологиям соответствует мировым стандартам, и в этой области мы можем существенным образом укрепить свои позиции». Программа TERA-2018 включала в себя обсуждение широкого круга вопросов, связанных с генерацией, регистрацией и взаимодействием терагерцового и микроволнового излучения с веществом, объединенных в десять секций по темам: «Электронные источники терагерцового и микроволнового излучения, синхротронное излучение, лазеры на свободных электронах»; «Оптоэлектронные и твердотельные источники ТГц излучения»; «Генерация терагерцового излучения интенсивными лазерными импульсами»; «Квантовые каскадные лазеры», «Детектирование терагерцового и микроволнового излучения. Метрология в терагерцовом диапазоне»; «Изучение материалов (в том числе нано- и метаматериалов) с использованием терагерцового и микроволнового излучения. Импульсная и непрерывная спектроскопия»; «Взаимодействие мощного терагерцового и микроволнового излучения с веществом. Применение терагерцового излучения для исследования и контроля сверхбыстрых процессов в физике, химии и биологии»; «Получение и обработка терагерцовых и микроволновых изображений: томография, голография и ближнепольная микроскопия»; «Системы безопасности и неразрушающего контроля с использованием терагерцового и микроволнового излучения. Дистанционное зондирование с использованием терагерцового излучения. Передача информации в терагерцовом диапазоне частот»; «Биомедицинские приложения терагерцового изучения». Секция «Электронные источники терагерцового и микроволнового излучения, синхротронное излучение, лазеры на свободных электронах» стала наиболее представительной. Основные усилия исследователей по этой теме направлены на реализацию эффективных широкополосных усилителей и перестраиваемых по частоте генераторов, на создание мощных субнаносекундных источников, на развитие техники для нового поколения ускорителей заряженных частиц. Следует отметить все ускоряющееся продвижение мощных электровакуумных приборов из микроволнового диапазона в диапазон терагерцовых волн и их использование для новых приложений. Рекордные мощности в терагерцовом диапазоне достигнуты с помощью лазеров на свободных электронах. Однако, такие крупные уникальные стенды мало пригодны для широкого практического использования преимуществ терагерцового излучения. Большие перспективы создания относительно компактных и мощных источников научное сообщество связывает с гироприборами и с источниками терагерцового излучения, основанными на преобразовании лазерного излучения. Активно развивается и направление, основанное на использовании квантовых каскадных лазеров: ведется также активный поиск новых нелинейных электрооптических материалов (полимерных пленок, полупроводниковых структур и других) для повышения эффективности генерации терагерцового излучения. Так, приглашенный доклад заведующего лабораторией ИФМ РАН, ведущего научного сотрудника отдела физики полупроводников, профессора Валерия Шастина был посвящен возможности использования примесных центров в полупроводниках для генерации электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне частот. В приглашенном докладе ведущего научного сотрудника лаборатории физики полупроводниковых гетероструктур Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН Виктора Устинова рассматривались возможности использования полупроводниковых гетероструктур, синтезированных методом молекулярно-пучковой эпитаксии в элементной базе устройств терагерцового и субтерагерцового диапазона (генераторы, приемники и т. д.). По словам Александра Шкуринова, особенностью нижегородской конференции стало то, что в ее тематике были отражены новые направления, развивающиеся в России. Новосибирская и московская конференции имели по семь секций, а в Нижнем Новгороде выделились новые направления, представленные на секциях «Оптоэлектронные и твердотельные источники ТГц- излучения»; «Генерация терагерцового излучения интенсивными лазерными импульсами»; «Квантовые каскадные лазеры». На TERA-2018 был представлен ряд пленарных докладов, затрагивающих наиболее общие проблемы. Успехам в генерации мощного терагерцового излучения с использованием лазеров на свободных электронах был посвящен доклад Николая Винокурова, профессора Новосибирского госуниверситета и заведующего лабораторией «Новосибирский лазер на свободных электронах» ИЯФ СО РАН. Профессор Алессандро Тредикуччи сделал обзор истории развития инфракрасных и терагерцовых квантовых каскадных лазеров от истоков до последних прорывов и обсудил вопросы их использования в научных и промышленных приложениях. Профессор Стелиос Цорцакис рассказал о недавних достижениях в разработке интенсивных источников широкополосного ТГц-излучения при филаментации мощного лазерного изучения в газовых жидкообразных средах. Лекция профессора Ган-Сик Парка была посвящена исследованиям структуры и динамических свойств воды в жидкообразной форме, в том числе успехам в использовании терагерцового излучения для исследования динамики гидратации в различных биомедицинских системах. Профессор Андрей Мартусевич из Приволжского исследовательского медицинского университета представил обзор методов биологической и медицинской неинвазивной визуализации, основанной на резонансном ближнепольном СВЧ-зондировании. Профессор Чи Куан Сун презентовал новое направление исследований: терагерцовую ультраакустику, основанную на преобразовании фемтосекундного оптического импульса в широкополосный акустический импульс и дающую возможность неинвазивной клинической визуализации с разрешением на атомных масштабах. Профессор МГУ Дмитрий Хохлов представил результаты применения терагерцовых импульсов для исследований законов дисперсии носителей заряда в объеме и на поверхности топологических изоляторов. По мнению Михаила Глявина, проведение третьей конференции по терагерцовому и микроволновому излучению говорит о прочных позициях этой области физики в отечественной науке и важности созданного пространства общения между учеными. С другой стороны, назрела государственная поддержка исследований по терагерцовому излучению. «Два года назад, когда Александр Шкуринов собирал нас в Москве на организацию терагерцового консорциума, в этой программе участвовали более 70 организаций из 42 стран. Это говорит о том, что в мире существует большой интерес к этой тематике. Тем не менее, четкой программы по поддержке терагерцовых исследований до сих пор нет. Нам бы хотелось создания специальной программы в Российской академии наук, специальных конкурсов РФФИ, РНФ или иных фондов, целевых программ от заказчиков», — резюмировал заместитель директора ИПФ РАН. «Любая конференция становится прекрасным местом встречи коллег, площадкой для обсуждений актуальных вопросов и результатов выполненных работ, обсуждения новых направлений исследований. Желаю удачи коллегам из Томска, взявшим на себя ответственность и труд по организации следующей конференции. Надеюсь, мы будем продолжать встречаться и общаться друг с другом», — подытоживает Михаил Глявин.
