Нелинейная оптика конденсированных сред

В лаборатории проводятся экспериментальные и теоретические исследования нелинейной динамики микрочастиц, локализованных в радиочастотных ловушках. В таких системах возможны фазовые переходы между динамическими режимами, при этом точка перехода оказывается чувствительной к внешним воздействиям. Отслеживание динамики частицы открывает новые возможности для детектирования малых сил.

На первый взгляд, хаос это то, у чего нет никаких правил. Но это не так. Динамические системы переходят из упорядоченной периодической к непредсказуемой хаотической динамике по определенным правилам. И что интересно - эти правила могут проявляться в совершенно разных по своей природе системах - биологических, социологических, физических. Таким образом, исследование процессов хаотизации динамики микрочастиц позволяет исследовать буквально весь мир вокруг нас. Почему микрочастицы в ловушках? Ловушки характеризуются разными параметрами, которыми легко управлять и смотреть, по какому пути динамика пойдет к хаосу.

Жидкие кристаллы сочетают свойства жидкостей и кристаллов, обладают внутренней упорядоченностью и высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Они применяются в оптоэлектронике, сенсорах и дисплеях. В нематиках под действием электрического поля возникают электрогидродинамические неустойчивости — динамические структуры, вызывающие рассеяние проходящего света и флуктуации его интенсивности. С ростом напряжения размер структур уменьшается, а скорость возрастает. Такие жидкокристаллические ячейки могут использоваться для модуляции и генерации контролируемого шума, поэтому они применимы в создании источников истинно случайных чисел и реализации вычислительных систем (например, машины Изинга).

В лаборатории исследуется проблема оптического охлаждения твердотельных систем, к которым относятся объемные кристаллы и нанокристаллы, легированные редкоземельными ионами, а также полупроводниковые гетероструктуры различной размерности. Интерес к получению оптически охлаждаемых объемных кристаллов связан с возможностью получения компактного твердотельного охладителя, не имеющего вибраций, для использования в различных системах нанофотоники и оптоэлектроники. Оптическое охлаждение наночастиц также востребовано для реализации квантового состояния твердотельного нанообъекта в левитирующей оптомеханике.

Возможность управления свойствами полупроводниковых структур с помощью оптического и электрического полей становится особенно значимой для наноразмерных систем, используемых для создания различных устройств фотоники и оптоэлектроники. Воздействие сильных полей на наноструктуры приводит к фотоиндуцированной перестройке как энергетического спектра носителей заряда, так и колебательного спектра таких структур. В лаборатории проводятся теоретические и экспериментальные исследования механизмов контролируемой светом передачи энергии в электрон-фотон-фононных низкоразмерных системах в условиях оптического и электрического штарк-эффектов.

В лаборатории ведётся разработка нового класса акселерометров и гравиметров на базе левитирующих оптомеханических систем. Левитирующие наночастицы, используемые в качестве сенсора в акселерометрических измерениях, показывают чувствительность в измерении динамических ускорений порядка 1е-7 g Гц^(-0.5) (где g - ускорение свободного падения), теоретический предел возможной чувствительности соответствует 3е-12 g Гц^(-0.5). Это открывает путь к созданию компактных, высокоточных сенсоров для фундаментальных исследований.

В рамках текущего исследования мы изучаем механические свойства клеточных мембран — направление, которое может лечь в основу новых методов диагностики нейродегенеративных заболеваний. Для отработки методик и понимания поведения мембран в разных условиях в экспериментах использовались разнообразные биологические объекты: от дрожжей (1) и эритроцитов (2) до клеток линии HeLa, предположительно — карциномы (3), и даже тихоходки (4). Такое разнообразие позволяет оценить универсальность подхода и выявить особенности механического отклика мембран, которые в перспективе могут служить чувствительными биомаркерами при патологических изменениях.