Диэлектрические, плазмонные и гибридные фотонные наноструктуры

[Лаборатория «Метаматериалы», кафедра Фотоники и оптоинформатики]

Руководители: д.ф.-м.н. Белов П.А.

Творческий коллектив: в проекте принимают участие 12 человек, в том числе 7 молодых кандидатов наук, 4 аспиранта и студента Университета ИТМО

Настоящий проект нацелен на запуск и выполнение передовой совместной с Индией исследовательской программы в Российской Федерации, которая станет основой для скорой разработки нового поколения материалов на базе резонансных диэлектрических наночастиц с высоким показателем преломления для зарождающейся области метаустройств с уникальной функциональностью.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 22 октября  2014 №14.584.21.0009 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №1 в период с 22 октября 2014 г. по 31 декабря 2014 г. выполнялись следующие работы:

• Проведен обзор современной научной литературы и уточнение направлений научного исследования;
• Проведены патентные исследования
• Экспериментально продемонстрирован магнитный отклик на микроволнах
• Экспериментально продемонстрирован магнитный отклик в оптическом диапазоне 

При этом были получены следующие результаты:

На первом этапе ПНИ был подготовлен аналитический обзор  современной научной литературы и патентный поиск, которые показали, что в настоящее время отсутствуют научные  работы  и патенты, которые могут препятствовать применению в Российской Федерации наноструктур на основе фотонных наноструктур. Анализируя полученные результаты, путем сравнения коэффициентов сечения поглощения, эффективности излучения и величины магнитного дипольного момента различных нанофотонных устройств был выбран оптимальный вариант дальнейших исследований, которым стали диэлектрические  наночастицы. Были проведены первые эксперименты с данными структурами. Результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с численными расчетами и подтверждают существование магнитного отклика как на микроволнах, так и в оптическом диапазоне частот.

Полученные в ходе реализации данных задач результаты послужат заделом для создания фундаментальной научной базы в быстро развивающейся области нанофотоникии залогом в дальнейшее тесное сотрудничество в научной сфере между Индией и Россией.

Изучение и разработка диэлектрических, плазмонных и гибридных наноструктур и метаматериалов представляет собой новое и многообещающее направление исследований, которое полностью соответствует мировому уровню.

Все работы в рамках первого этапа Государственного контракта от 22 октября  2014  №14.584.21.0009 выполнены полностью, в срок и в полном соответствии с техническим заданием.

	Рисунок 1.  Экспериментально измеренные (а) и численно рассчитанные спектры рассеяния вперед на одной центральной частице (красная), гексамер (зеленая) и гептамера (черная). Экспериментальное подтверждение существования отклика на микроволнах.
Рисунок  2. СБОМ изображения распределения полей вблизи сферы. На длинах волн (a) - 520 нм, (b-e)– 610 нм. Поляризация отображена черной стрелкой в левом нижнем углу каждого изображения. Размеры изображений 8х8 мкм2 . Результаты, приведенные на рисунке являются первым экспериментальным измерением полей магнитного диполя методом СБОМ и являются самым непосредственным доказательством существования магнитного дипольного отклика в кремниевой наночастице.

Разработка интеллектуальной распределённой системы популяционного скрининга онкологических заболеваний

[Центр медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий – ЦМЭПиБТ]

Научный руководители: к.т.н., директор ЦМЭПиБТ, Тараканов С.А.

Творческий коллектив: 45 сотрудников Университета ИТМО, в том числе 4 доктора наук, 11 кандидатов наук, 2 аспиранта, 3 студента.

На первом  этапе проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 5 июня 2014 №14.578.21.0008 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» были проведены аналитический обзор и патентные исследования в области систем диагностики онкологических заболеваний, по результатам которых сделан вывод об отсутствии препятствий для применения разрабатываемой в рамках проекта Системы, а также высокого уровня актуальности проводимого исследования и научно-технической новизны разрабатываемой продукции.

В ходе работ были получены следующие основные результаты:

• Разработаны подходы и методы создания Системы, обеспечивающие решение задач и достижение целей проекта.
• Разработаны спецификации функциональных возможностей и требований к Системе, позволяющие перейти к непосредственной разработке и апробации программных решений Системы на последующих этапах работ.
• Проведены маркетинговый анализ рынка и обзор конкурентных решений, результаты которых позволяют сделать вывод о перспективности коммерциализации результатов проекта и высокой потенциальной конкурентоспособности продукта, получаемого в ходе реализации проекта.
• Проведено профессиональное анкетирование граждан и медицинских специалистов о проводимом исследовании и разрабатываемой Системе, результаты которого подтверждают актуальность проблемы раннего выявления онкологических заболеваний и наличие потребности в реализации популяционного скрининга онкологических заболеваний.

Промежуточные результаты работ были доложены  на конференции «Реализация ПНИЭР по приоритетному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы» в 2014 году в рамках ФЦП «Исследования и разработки 2014–2020» (2-3 декабря 2014 г., Москва, МИЭТ).

По результатам проекта  подготовлена и направлена в печать научная статья «Интеллектуальная распределённая система популяционного скрининга онкологических заболеваний» в издании «Вопросы онкологии» (индексируется в Scopus). 

Все работы в рамках первого этапа Государственного контракта от 5 июня 2014 №14.578.21.0008 выполнены полностью, в срок и в полном соответствии с техническим заданием.

Рис. Метод иерархического отсева изображений

Исследование новых технических возможностей для создания экологически чистого генератора водорода с использованием фотоэлектрохимического элемента на основе наноструктур полупроводниковых нитридов III группы

Научный руководитель: пк.х.н. Пузык М.В.

Ответственный исполнитель: Папченко Б.П. 

Коллектив исполнителей: в проекте принимают участие 15 сотрудников.

Проект выполняется по Соглашению о предоставлении субсидии от 27 июня  2014 №14.575.21.0054 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» и направлен на исследование  возможности создания экологически чистого генератора водорода с использованием фотоэлектрохимического элемента на основе наноструктур полупроводниковых нитридов III группы.

На первом этапе проекта в 2014 году были получены следующие результаты:

• проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, касающейся технических средств в области технологий получения водорода фотоэлектрохимическим способом;
• разработаны и изготовлены тестовые экспериментальные образцы структур (слоев GaN на подложках сапфира);
• проведены патентные исследования в области получения водорода электролизом;
• проведены работы по обоснованию, выбору и приобретению материалов и комплектующих для изготовления экспериментальных образцов структур;
• проведено численное моделирование и оптимизация конструкции экспериментальных образцов структур (слоев GaN на подложках сапфира);
• опубликованы 4 статьи в реферируемых журналах.

Все работы в рамках первого этапа Государственного контракта от 27 июня 2014 №14.575.21.0054 выполнены полностью, в срок и в полном соответствии с техническим заданием.

Рис.  Процесс электролиза водного раствора KOH. 
В качестве катода используется - GaN (на фото пузыри H2), в качестве анода - Платина (Pt).

Исследование и разработка методов повышения робастности алгоритмов автоматического распознавания русской слитной речи в условиях сложной акустической обстановки в режиме реального времени

[Кафедра речевых информационных систем]

Научный руководитель: д.т.н. Матвеев Ю.Н.

Творческий коллектив: в проекте принимают участие 39 человек, в том числе  25 молодых ученых, 1 доктор наук и 7 кандидатов наук.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 27 июня  2014 №14.584.21.0033 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №1 проведены исследования изменчивости характеристик речевого сигнала под воздействием шумов и влияния воздействия шумов на качество распознавания речи.

В ходе этих исследований получены следующие основные результаты:

• Установлена сильная зависимость традиционных акустических признаков от интенсивности шумового воздействия и типа шума, которая в меньшей степени проявляется для признаков, полученных с помощью многослойных нейронных сетей.
• Установлено, что без использования специальных методов точность распознавания резко падает с уменьшением отношения сигнал-шум.
• Проведен анализ научно-технической литературы и патентное исследование по тематике повышения робастности систем распознавания слитной речи к работе в неблагоприятной акустической обстановке.
• На основании анализа литературы произведен выбор и обоснование нового актуального направления исследований, которое состоит в комбинировании различных известных методов повышения робастности с новой методологией распознавания на основе многослойных нейронных сетей, демонстрирующей повышенную точность распознавания.

Все работы в рамках первого этапа Государственного контракта от 27 июня  2014  №14.584.21.0033 выполнены полностью, в срок и в полном соответствии с техническим заданием.

Разработка концепции комплексного решения централизованного управления наземным транспортом с учетом межрегионального характера движения на основе облачных и первазивных технологий

Индустриальный партнер:  Общество с ограниченной ответственностью «Дигитон»

Научный руководитель:  к.т.н. Хоружников С.Э.

Ответственный исполнитель: д.т.н. Горелик  С.Л.

• Разработан промежуточный отчет о ПНИ, содержащий материалы аналитического обзора и обоснование основных задач исследования.
• В промежуточном отчете приведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы в предметной области исследований. На основе этого обзора сформулированы ключевые технические принципы разрабатываемой концепции, которые базируются на современных технологиях мирового уровня.
• Подготовлен отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ 15.011-96, на основании которых установлено:
• Объект разработки соответствует, а по некоторым характеристикам превосходит мировой уровень техники;
• Объект разработки не предусматривает использование технических решений, защищенных патентами третьих лиц и, следовательно, обладает патентной чистотой;
• Совокупность технических характеристик обеспечивает объекту разработки конкурентоспособность на российском и международном рынках.

Все работы в рамках первого этапа Государственного контракта 8 июля 2014  №14.575.21.0058 выполнены полностью, в срок и в полном соответствии с техническим заданием.

Разработка технологии непрерывно-детонационного гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя воздушно-космической транспортной системы с управляемым сжиганием топлива в оптимальных структурно-устойчивых тройных конфигурациях ударных волн с долей детонационного горения не менее 85% объема камеры сгорания

[Международная научная лаборатория «Новые материалы и нанопленки для компонентной базы силовой, СВЧ электроники и микросенсорики»]

Руководитель: к.ф-м.н. Булат П.В.

Творческий коллектив: в проекте принимают участие 8 человек, в том числе 2 иностранных ученых со степенью PhD, 1 кандидат наук и 3 аспиранта Университета ИТМО.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 08.07.2014 г. №14.575.21.0057 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №1 в период с 08.07.2014 г. по 31.12.2014 г. были проведены следующие работы

• Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
• Выбор и обоснование оптимального варианта направления исследований.
• Патентные исследования.
• Разработка частного технического задание на разработку и изготовление «холодного» экспериментального стенда.
• Разработка 3D объемно-компоновочного решения на «холодный» экспериментальный стенд.
• Разработка эскизной конструкторской документации на «холодный» экспериментальный стенд.
• Разработка методики проектирования экстремальных ударно-волновых структур.
• Изготовление «холодного» экспериментального стенда.
• Разработка программы и методики исследовательских испытаний «холодного» экспериментального стенда.
• Исследовательские испытания «холодного» экспериментального стенда.

Были получены следующие результаты:

• Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
• Выбраны и обоснованы оптимальные варианты направления исследований.
• Проведены патентные исследования в области детонационных двигателей.
• Для последующих экспериментальных исследований разработано частное техническое задание на экспериментальный стенд, 3D объемно-компоновочное решение, эскизная конструкторская документация.
• Экспериментальный стенд изготовлен и испытан в соответствии с разработанной программой исследовательских испытаний.
• Сформулирована методика расчета ударно-волновых структур в приложении к детонационному горению.

В результате выполнения работ на данном этапе сделаны следующие выводы:

Изменения параметров течения ведет к трансформации ударно-волновых структур (УВС), являющейся следствием протекающих ударно-волновых процессов. При некотором значении параметров, называемом критическим, происходит перестройка УВС от одного типа (класса) в другой, например, от регулярного отражения скачка от стенки к нерегулярному. Меняя параметры, можно отыскать области, в которых некоторые критериальные величины принимают экстремальные значения. Это позволяет сформулировать теорию оптимального по заданному критерию управления волновыми процессами.

Ударно-волновые процессы могут быть нестационарными (колебательными и переходными), в данном случае необходимо определить механизм обратной связи, поддерживающий колебания. Показано, что именно расходный механизм, связанный с элементами УВС, а не акустический, является определяющим для возникновения и поддержания колебаний.

Все работы в рамках первого этапа Государственного контракта от 08 июля 2014 г. №14.575.21.0058, шифр темы №RFMEFI57514X0057, выполнены полностью, в срок и в полном соответствии с техническим заданием.