Оптические явления в наномире
Физический факультет

Курс посвящен проблеме взаимодействия оптического излучения с объектами, масштаб которых лежит в нанометровом диапазоне. Это и биологические объекты, такие как клетки, субклеточные структуры, бактерии, вирусы, высокомолекулярные соединения, и неорганические структуры, такие как фотонные кристаллы, микрорезонаторы, устройства хранения и передачи информации и даже отдельные молекулы. Курс знакомит студентов с современными достижениями в физике взаимодействия света с наноструктурированными материалами; демонстрирует отличия оптических явлений на нанометровом масштабе от традиционной оптики макроскопически неоднородных сред; раскрывает непосредственную связь нанооптики с такими разделами науки как квантовая физика, термодинамика, статистическая физика и материаловедение; углубляет понимание взаимосвязи различных отраслей физики и ее приложений в телекоммуникационных технологиях, биологии и медицине.

В настоящее время развитие науки и нанотехнологий стимулирует потребность в соответствующем инструментарии и теоретических подходах к описанию оптических явлений на нанометровом масштабе. К началу XX века в классической оптике сложилось представление о предельном разрешении, с которым мы можем визуализировать объекты при помощи электромагнитного излучения видимого диапазона. Этот предел составил приблизительно 100 нм и казался непреодолимым. В XX веке развивались альтернативные способы визуализации с использованием других видов излучений и процессов, многие из которых связаны с разрушающим воздействием на биологические объекты. Использование видимого диапазона для визуализации является для человека природным механизмом и именно поэтому дает нам уникальную информацию об окружающем мире. Развитие оптической микроскопии во второй половине XX – начале XXI века привело к преодолению дифракционного предела и позволило подойти вплотную к пределу разрешения порядка 1 нм, что дает основание в ближайшем будущем надеяться получить оптическими – а значит, неразрушающими – методами изображения таких мельчайших частиц как вирусы в их естественной динамике. В лекционном курсе обсуждаются, в частности, пределы фокусировки оптических пучков, оптическая микроскопия сверхвысокого (1-10 нм) разрешения, резонансный безизлучательный перенос энергии, фотонные кристаллы, микрорезонаторы, наноантенны, плазмоны, оптические пинцеты, квантовые точки, метаматериалы.

Курс нацелен на формирование качественного понимания явлений и не требует специальных знаний из области высшей математики теоретической физики. Курс сопровождается электронными презентациями лекций и набором задач по каждой теме.