Основные направления исследований
- Линейная электродинамика наноструктур;
- Нелинейная электординамика наноструктур;
- Квантовая оптика наноструктур;
- Наноструктурированные композиты;
- Активные наноструктуры.
Работы коллектива лаборатории лежат на стыке физической и квантовой электроники, физики твердого тела и электромагнетизма и привели к созданию и быстрому развитию новой исследовательской дисциплины - наноэлектромагнетизма, объединяющей методы и подходы классической электродинамики СВЧ и современной квантовой физики конденсированного состояния и физической электроники с целью моделирования оптических и электронных свойств наноструктур. Начало исследованиям положено в 1996 году.
Выполненные за прошедшее время исследования формируют наноэлектромагнетизм как самостоятельное направление, обеспечивающее пионерские результаты по предсказанию физических эффектов в наноструктурах и моделированию отклика наноструктур на электромагнитные воздействия. Начатая как исследование фундаментального характера, в настоящее время работа охватывает широкий круг прикладных проблем, к которым, в частности, относится задача создания широкополосных защитных композиционных покрытий для гигагерцового и терагерцового диапазонов частот на основе различных форм наноуглерода. Заложены основы электродинамики углеродных нанотрубок (УНТ) [G.Ya. Slepyan et al., Phys.Rev.B. 60 (1999) 17136], теоретически обоснован эффект замедления в них поверхностной электромагнитной волны в 100 и более раз. Пионерские работы по исследованию антенных свойств одиночных УНТ конечной длины позволили качественно объяснить экспериментально зарегистрированные электромагнитные свойства композитных материалов в терагерцовой и инфракрасной областях частот и впервые экспериментально доказать антенную природу терагерцового пика в электромагнитном отклике пленок и композитов с УНТ [M.V. Shuba et al., Phys.Rev.B 85 (2012) 165435]. Предсказан черенковский механизм усиления и генерации электромагнитного излучения в ТГц диапазоне спектра потоком п-электронов в углеродных нанотрубках и разработана концепция УНТ как мономолекулярной лампы бегущей волны [K.G. Batrakov et al., Phys.Rev.B 79 (2009) 125408].
В 2013 году начаты экспериментальные исследования взаимодействия микроволнового излучения с ультратонкими углеродными и графеновыми пленками. Полученные результаты свидетельствуют о высокой перспективности пленок нанометровой толщины из пиролитического углерода и монослоев графена для микроволновых приложений: углеродный/графеновый слой толщиной от нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров может поглотить более 50% электромагнитного излучения в гига- и терагерцовом диапазонах (будучи в сотни тысяч раз тоньше скин-слоя) [K. Batrakov et al., Scientific Reports 4, Article no. 7191 (2014) doi:10.1038/srep07191].
Новым объектом исследований являются пористые углеродные мико- и нано-структуры, - пены, мезо- и аэрогели, полые сферы [D. Bychanok et al., APL 108 (2016) 013701]. Разнообразие пористых структур углерода (случайные, упорядоченные, 3d-регулярнее решётки и др.) обуславливает широкие возможности для изготовления материалов и метаматериалов с уникальными электрическими и электромагнитными свойствами.
В распоряжении Лаборатории наноэлектромагнетизма имеется следующее оборудование:
- Скалярный анализатор спектров в диапазоне частот 26-37 ГГц (Elmika, Литва)
- Терагерцовый спектрометр T-Spec (EKSPLA, Литва)
- Газофазный химический реактор (СVD-4) (ИНХ СО РАН, Россия)
- Установка для CVD синтеза графена и других 2D углеродных пленок большой площади (25-30 кв.см., в стадии настройки).
Коллектив лаборатории участвовал и участвует в выполнении целого ряда проектов 6-ой и 7-ой рамочных программ Евросоюза и программы "Горизонт 2020", а так же МНТЦ и программы НАТО Наука ради мира. Выполнен проект "Институциональное развитие прикладного наноэлектромагнетизма: Беларусь в расширении Европейского исследовательского пространства" (FP7-266529 BY-NanoERA), в котором впервые белорусский ученый стал координатором (С.А. Максименко). Команда НИИ ЯП БГУ - единственный представитель стран СНГ в мегапроекте Европейского Союза GRAPHENE FLAGSHIP "Graphene-Based Revolutions in ICT And Beyond, Multi-layered sandwich graphene device", проекты FP7- 604391 и Horizon 2020 696656. В настоящее время в лаборатории выполняются проекты ЕС FAEMCAR, CANTOR, NAmiceMC, проекта ЕС COEXAN. Совместно с Рязанским радиотехническим университетом выполняется проект ФЦП Министерства образования и науки РФ "Разработка нового поколения ультралегких/тонких проводящих материалов на основе графена и наноразмерных форм углерода для микроволновых и ТГц устройств". Создана совместная белорусско-китайская научно-образовательная лаборатория углеродных наноматериалов (НИИ ЯП БГУ- Харбинский университет науки и технологий). За работы в области наноэлектромагнетизма С.А. Максименко первым из белорусских ученых избран почетным членом Международного общества оптики и фотоники (SPIE Fellow), он является заместителем главного редактора журнала Journal of Nanophotonics. В 2011 году сотрудники лаборатории К.Г. Батраков, П.П. Кужир, С.А. Максименко и Г.Я. Слепян стали лауреатами Премии БГУ им. академика А.Н. Севченко за цикл работ "Электродинамика наноструктур".
Лаборатория выступила организатором международной конференции "Fundamental and Applied NanoElectroMagnetics"(FANEM 2012), и конференции которая прошла как NATO Advanced Research Workshop.