ИСТИНА

Проект направлен на решение актуальных научных проблем, связанных с разработкой технологии создания ключевых компонентов нанофотонных и микрофлюидных устройств с помощью отработанных ранее технологий аддитивной трехмерной микропечати на основе метода двухфотонной фотополимеризации, а также задела, сформированного фундаментальными исследованиями в смежных областях. Основу проекта составляют разработанные и созданные в рамках заканчивающегося проекта РНФ оригинальные экспериментальные комплексы двухфотонной фотополимеризации и оптического лазерного пинцета, позволяющие создавать трехмерные микроструктуры, оптически прозрачные в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, с субмикронным пространственным разрешением. Основной мотивацией постановки задач нового проекта является прогресс в новом направлении фотоники - полностью диэлектрической нанофотонике (all-dielectric nanophotonics) как альтернативы наноплазмонике, обладающей существенно более низкими оптическими потерями и допускающей встраивание в технологии современной кремниевой микроэлектроники. Развитие полностью диэлектрической нанофотоники привело к появлению нового направления в оптических технологиях -- технологии плоской оптики (flat optics technologies), в которых оптические элементы -- линзы, поляризаторы, волновые пластины и т.д. изготавливаются из диэлектрических (или полупроводниковых) наноэлементов (метаатомов) и их упорядоченных ансамблей (метаповерхностей). Как следствие, возникла потребность в технологиях изготовления микроэлементов интегральной плоской оптики сопряженных со сложными трехмерными микро- и наноструктурами и миниатюрными диагностическими и аналитическими устройствами нанофотоники для их применения в оптоэлектронике, микрофлюидике, оптической сенсорике, клеточной биологии и медицинской диагностике. Коллектив исполнителей обладает уникальной комбинацией имеющегося оригинального оборудования по двухмоторной фотополимеризации и лазерному пинцету и накопленного в последние годы опыта проведения исследований в системах полностью диэлектрической нанофотоники -- одиночных кремниевых нанодисках, олигомеров кремниевых наночастиц (тримеров и квадрумеров), оптических переключаемых полупроводниковых метаповерхностей и управляемых магнитофотонных метаповерхностей.

The project is aimed at solving current scientific problems related to the development of technology for creating key components of photonic and microfluidic devices using previously developed additive 3D microprinting techniques based on the two-photon photopolymerization and the backlog formed by fundamental research in related fields. The project technical base are the original experimental two-photon photopolymerization setup and optical laser tweezers developed and created within the framework of the project of the Russian Science Foundation, allowing to create three-dimensional microstructures that are optically transparent in the visible and near infrared range, with submicron spatial resolution. The main motivation for setting the tasks for the new project is progress in the new direction of photonics -- all-dielectric nano photonics as an alternative to nanoplasmonics, which has significantly lower optical losses and allows embedding in modern silicon microelectronics technology. The development of all-dielectric nano photonics has led to the emergence of a new trend in optical technologies -- flat optics technologies, in which optical elements such as lenses, polarizers, wave plates, etc. are made of dielectric (or semiconductor) nanoelements (meta-atoms) and their ordered ensembles (metasurfaces). As a result, there is a need for technologies for manufacturing microelements of integrated flat optics conjugated with complex three-dimensional micro- and nanostructures and miniature diagnostic and analytical nanophotonics devices for their use in optoelectronics, microfluidics, optical sensorics, cell biology and medical diagnostics. The project team has a unique combination of the original equipment for two-photon photo polymerization and laser tweezers and the experience gained in recent years in studies of all-dielectric nanophotonics -- single silicon nanodiscs, oligomers of silicon nanoparticles (trimers and quadrupoles), optically switching semiconductor metasurfaces and magnetophotonic metasurfaces.

Проект 2015 года был ориентирован на развитие методик создания микро- и наноразмерных устройств, а также был посвящен ряду фундаментальных исследований в области оптики искусственных сред и материаловедения. Эти методики базируются на технологии трехмерной лазерной литографии на основе двухфотонной фотополимеризации и оптического пинцета, то есть технологии пространственного управления микрообъектами с помощью сил со стороны лазерного излучения. Развитые методики позволяют перейти непосредственно к созданию элементов фотоники и микрофлюидики, поэтому Проект 2018 года направлен на разработку и создание ключевых компонентов фотонных и микрофлюидных устройств с помощью отработанных ранее технологий и задела, сформированного фундаментальными исследованиями в смежных областях. Данная задача также вносит вклад в решение ключевых проблем научного приоритета, связанных со стремлением миниатюризации оптических компонент, сенсоров и основанных на их базе аналитических устройств. По-прежнему, одной из актуальных задач является комбинирование различных методик изготовления нано- и микроструктур для внедрения их в элементы фотоники. Ожидаемые результаты будут соответствовать мировому уровню исследований в данной области, и, в первую очередь, нацелены на практическое использовании в перспективных информационных фотонных технологиях и диагностических методах биомедицины и химии. Кроме того, ожидается, что будет достигнут существенный прогресс в развитии, моделировании и дизайне активных нано- и микроструктур для нужд фотоники и микрофлюидики. По результата выполнения проекта будут разработаны новые интегральные методики транспорта жидкости, реагентов и функциональных микроструктур внутри микрофлюидных устройств. Эти методики будут основаны на применении комбинации сил, возникающих в микросистемах под действием оптических и магнитных полей. Будут созданы интегрированные на едином оптическом чипе гибридные структуры из метаповерхностей, волноводов и микрообъективов, что позволит существенно раскрыть потенциал наноразмерных элементов фотонных устройств.