ru en
Quantum communications and femtotechnologies

Quantum communications and femtotechnologies

Physics and Technology of Nanostructures

Physics and Technology of Nanostructures

Photonics and Optical Information Technology

Photonics and Optical Information Technology


    Research Areas Areas

    International research and education centre for Physics of nanostructures

    Research areas Chiral nanocrystals Chirality is one of the most fascinating phenomena in the natural world. Chiral compounds have already played an extremely important role in the fields of chemistry, pharmacology, biology, and medicine. Currently chiral nanocrystals are an emerging class of nanostructures that attract considerable attention because the chirality of the nanocrystals can have a tremendous effect on the nanotoxicology and nano-bio-technology fields. The biocompatibility of chiral nanocrystals can be improved dramatically compared to achiral nanocrystals. It will be possible to embed them in biosystems playing by molecular “rules”. We have learned how to separate enantiomers of nanocrystals, we have shown that chirality is an intrinsic property of semiconductor nanocrystals, and now we are working on further investigation of different aspects of interaction between chiral nanocrystals and biosystems. Research group: Anatoly Fedorov, Alexander Baranov, Vladimir Maslov   Infrared quantum dots  One of the key problems in modern materials science is the creation of new functional materials with improved optoelectronic and operational properties that can be purposefully changed depending on the field of their application. This is possible with the use of nanostructured multicomponent materials combining the unique properties of nanoobjects of different nature, such as ultra-thin two-dimensional nanomaterials (for example, graphene), metallic nanoparticles, and semiconductor nanocrystals. Semiconductor nanocrystals with electronic transitions in the near-infrared spectral range are promising materials for many applications, such as solar energy, telecommunications systems, and biomedicine. Within the framework of our research projects we study PbS quantum dots  with optical transitions in the spectral range of 0.8–2.0 µm. These quantum dots possess some unique properties, such as efficient multi-exciton generation, large static dielectric constants, highly symmetrical sodium chloride structure, and narrow fundamental bandgaps. Small and equal masses of the charge carriers and large Bohr radius (18 nm) let one use PbS quantum dots  as a model object for investigation of the strong quantum confinement regime. PbS quantum dots  of different sizes demonstrate unusual optical properties, namely, large Stoke shift and surprisingly long photoluminescence decay times. Moreover, they possess anomalous size dependence of their photoluminescence lifetimes, which has never been reported for other semiconductor quantum dots. Another interesting and perspective feature of these quantum dots is the ability to easily form ordered 2D and 3D structures, named superlattices and supercrystals. Such structures are based on a self-organization process and may become a new platform for high-performance solar cells and light detectors. Research group: Alexander Baranov, Petr Parfenov, Elena Ushakova, Alexander Litvin, Yulia Gromova   Theoretical investigation of nanocrystals  The theoretical group of the laboratory "Optics of quantum nanostructures", together with theoreticians from other laboratories, conducts research on the spectroscopy of anisotropic and chiral nanostructures, the study of vibrational resonance in quantum dots, and also the properties of two- and three-dimensional quantum dot supercrystals. Research group: Anatoly Fedorov, Eugene Perlin, Mikhail Leonov   Metal nanoparticles with plasmon resonances for optoelectronics and biomedicine In the laboratory “Surface Photophysics” we investigate composite materials with nanoparticles of noble metals. An attractive feature of noble metal nanoparticles is that all of their conduction electrons oscillate collectively in response to a external electromagnetic field. Due to this, their response to the external stimulus is larger as compared to other resonance systems. Simultaneously, a region of greatly enhanced electric field strength is formed in the close proximity of the nanoparticles. By placing in this region different resonance systems that possess useful but weak response to the electromagnetic field one can attain considerable enhancement of absorption and luminescence, as well as the rates of other processes. The obtained by us novel composites comprising epitaxial quantum dots in monocrystalline gallium arsenide are of special interest due to the feasibility of their use in optoelectronic devices. We also study composites with organic dyes, especially those that form J-aggregates. The application of nanoparticles in the investigation of processes in living cells is also underway. Research group: Tigran Vartanyan, Nikita Leonov, Nikita Toropov, Igor Gladskih, Anton Starovoytov   Hybrid structures based on semiconductor nanocrystals The development of new types of hybrid nanostructures in which the properties of individual components are uniquely combined together is a modern trend in nanotechnology. Currently, hybrid nanostructures based on colloidal semiconductor nanocrystals have a broad application range - from their use as LEDs, photovoltaic and photocatalytic elements and sensing systems to biomedical applications as luminescent biomarkers, drug delivery systems, and new photosensitizers for oncology theranostics. The goals of our research are the development the hybrid nanostructures based on semiconductor nanocrystals using organic molecules, graphene, and TiO2 nanoparticles for sensing and biomedical applications as well as the fundamental investigation of the pathways of electronic relaxation in these systems. For biomedical applications in particular, the chiral properties of hybrid nanostructures based on chiral semiconductor nanocrystals and molecules could play a key role in the functionality of these systems, and therefore the investigation of how the chiral properties of hybrid nanostructures influence their optical properties and functionality in living systems is also comprised in our research interests. Research group: Anna Orlova, Vladimir Maslov, Yulia Gromova, Anastasyia Visheratina, Kirill Annas, Ekaterina Kolesova, Ivan Reznik, Anastasia Bazhenova   Structure and optical properties of carbon nanomaterials: nanodiamonds, nanographite, carbon nanotubes, and graphene At present, the class of nanocarbon materials includes a variety of diverse structures of various dimensions, such as nanographites, nanodiamonds, nanotubes, and graphene. These materials possess unique combinations of electrical, mechanical, thermal, optical and other properties and can be used in a wide range of actual devices for nanoelectronics and nanophotonics, such as energy converters, energy storage devices, sensors for various substances, as well as for the creation of a variety of composite materials. Attaining optimal functional characteristics of nanocarbon materials, in particular luminescent properties, is directly related to their internal structure, which may change considerably depending on the synthesis conditions and additional processing. Thus, one of the main advantages of nanocarbon materials is the ability to tune and obtain desired optical properties due to variations in their internal structure. However, presently there is still no complete understanding of the mechanisms of growth of nanocarbon structures, as well as of the dependence of their optical properties on structure. Within the framework of our projects, in cooperation with laboratories for the synthesis of luminescent nanodiamonds, nanographites and graphenes in the USA, France and Japan, we investigate the effect of the structure and energy dissipation in nanocarbon materials on their optical properties, using the most modern experimental techniques of luminescence spectroscopy and micro-Raman analysis. Research group: Alexander Baranov, Kirill Bogdanov, Mikhail Baranov, Marianna Zhukovskaya, Anna Volokitina

    Международный научный центр «Оптической и квантовой информатики, биофотоники»

    Руководитель: С.А. Козлов, д.ф.-м.н., ведущий профессор, Заслуженный деятель науки РФ, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия Международный научный центр «Оптической и квантовой информатики, биофотоники» создан в рамках проекта по созданию и развитию Стратегической Академической Единицы (САЕ) «ИТМО-Фотоника» в январе 2016 года. Целью САЕ является создание опережающего научно-технологического задела и подготовка высококвалифицированных кадров в прорывной области – «Фотоника информационно-коммуникационных систем» (PICS). Формирование системы САЕ является логическим продолжением целенаправленной политики по глубокой трансформации Университета ИТМО с целью повышения его международной конкурентоспособности. Основной зарубежный партнер - Университет Рочестера (США). Партнёрами также являются Технологический университет Тампере (Финляндия) и Университет Бордо (Франция). В состав Международного научного центра «Оптической и квантовой информатики, биофотоники» входят: Международная лаборатория «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» Руководитель – А.Н. Цыпкин, к.ф.-м.н., доцент Международная лаборатория «Фемтомедицины» (входит в состав Международной лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий») Руководитель – О.А. Смолянская, к.ф.-м.н., доцент Международная лаборатория «Квантовой информатики» Руководитель – А.В. Глейм, к.т.н., доцент Международная лаборатория «Цифровой и изобразительной голографии» Руководитель – Н.В. Петров, к.ф.-м.н., доцент Международная лаборатория «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» Направления исследований Нелинейная фемтосекундная оптика. Основное направления деятельности - численное и экспериментальное исследование распространения высокоинтенсивных фемтосекундных импульсов в оптических средах. Практическое применение экспериментальных данных в системах передачи информации и других приложениях. Генерация терагерцового излучения в новых материалах при филоментации в воздухе и в жидкости. Основное направления деятельности - экспериментальное исследование генерации терагерцового излучения в различных средах. Практическое применение экспериментальных данных в системах высокоинтенсивного терагерцового излучения. Экспериментальные исследования фотонно-кристаллических волокон. Основное направления деятельности - генерация спектрального суперконтинуума в фотонно-кристаллических волоконах и исследования дисперсии таких волокон. Применение ТГц излучения для неразрушающего контроля и диагностики. Основное направления деятельности - разработка новых методик анализа пищевой промышленности с использованием ТГц излучения. Разработка методик визуализации скрытых объектов. Разработка методик ТГц диагностики в реставрационной деятельности. Нелинейная ТГц оптика. Основное направления деятельности - исследование закономерностей фазовой самомодуляции и сверхуширения спектров однопериодных параксиальных оптических волн в однородных изотропных диэлектрических средах с безынерционной кубической нелинейностью. Экспериментальные исследования фотонного эха в наноразмерных пленках. Основное направления деятельности - экспериментальные исследования по двухфотонному возбуждению фемтосекундного сигнала первичного фотонного эха в полупроводниковой пленке оксида цинка наноразмерной толщины (100, 600 и 800 нм) на квантовом переходе, соответствующем 400 нм.   Сотрудничество Terahertz Research Group, The Institute of Optics, University of Rochester, Rochester, USA, Key Lab of THz Optoelectronics, Capital Normal University Beijing, China, Opto-Electronics Systems Laboratory, University of Exeter, Exeter, UK, Institute of Electronic Structure and Laser (IESL), Foundation for Research and Technology – Hellas (FORTH), Greece, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, People’s Republic of China, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology. Международная лаборатория «Фемтомедицины» (входит в состав Международной лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий») Направления исследований Оптическая томография, визуализация и спектроскопия биологических тканей. Мониторинг в видимом и терагерцовом диапазонах  дегидратации тканей под влиянием гиперосмотических агентов. Разработка терагерцовых терапевтических технологий. Взаимодействие фемтосекундных лазерных пучков с биологическими тканями. Применение коллоидных наночастиц в качестве контрастных веществ для клинической диагностики в биологических тканях. Разработка мультимодальных фотонных медицинских систем. Сотрудничество ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова», Санкт-Петербург, Россия. Саратовский национальный исследовательский государственный университет, Саратов, Россия. Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург, Россия. МНЦ «Биотехнологии третьего тысячелетия», Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия. НОЦ «Фотоника и ИК-техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия Лаборатория IMS Университета Бордо, Бордо, Франция. Международная лаборатория «Квантовой информатики» Направления исследований Квантовые коммуникации. Квантовая криптография. Квантовые чипы. Квантовые вычисления. Квантовая метрология. Квантовые сети. Наногидродинамика. Основное направления деятельности - разработка технологии построения программно-конфигурируемых квантово-криптографических сетей. Основные результаты деятельности 2014 год Запущена первая в России квантовая сеть в городской зоне, г. Санкт-Петербург, Университет ИТМО. 2016 год Впервые в мире создан экспериментальный макет узла защищённой квантовой сети с динамическим управлением, Разработаны методы, алгоритмы и программное обеспечение, обеспечивающие динамическую коммутацию каналов в квантовой сети. Запущен пилотный участок первой в России городской многоузловой квантовой сети г. Казань 2017 год Впервые в мире создан экспериментальный макет узла защищённой квантовой сети с динамическим управлением, Разработаны методы, алгоритмы и программное обеспечение, обеспечивающие динамическую коммутацию каналов в квантовой сети. Сотрудничество Heriot-Watt University, Edinburgh, United Kingdom, CNRS – Télécom ParisTech, Paris, France, The Australian National University, Canberra, Australia, Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь, КНИТУ-КАИ, Казанский квантовый центр, Казань, Россия, Институт реакторных материалов и технологий, НИЦ "Курчатовский Институт", Москва, Россия, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China. Международная лаборатория «Цифровой и изобразительной голографии» Направления исследований Регистрация, распространение и восстановление волнового фронта. Неразрушающий контроль технических изделий. Неинвазивная диагностика в биомедицине. Исследование динамики волнового фронта в нелинейных средах. Анализ изображений частиц. Голографическая диагностика в терагерцовом диапазоне частот. Исследования по созданию фотоматериалов для записи изобразительных голограмм и методов их химико-фотографической обработки. Цифровая голография в видимом диапазоне, восстановление фазы. Сотрудничество Institute of Electro-Optical Science and Technology, National Taiwan Normal University, Taipei, Taiwan, National Institute of Physics, University of the Philippines, Quezon City, Philippines, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург, Россия, Технологический университет Тампере.

    Quantum information theory

    Quantum information theory is one of the most developing sections of modern science. It is at the junction of areas such as quantum physics, information theory and mathematics.   The basic concern in quantum information theory is to estimate the capacity of quantum channels. One of the main areas of research in the laboratory is the analysis of the information properties of various non-classical states of light. For this purporses dissipative dynamics of multimode states models will be constructed, that describe their propagation in various media. Based on such physical models, it will be possible to conduct an information analysis of real quantum channels, which will more accurately describe the operation of various protocols of quantum informatics and evaluate the throughputs of physical quantum channels.

    Last publications Publications

    2020 year
    • Evstrop'ev S.K., Nikonorov N.V., Saratovskii A.S., Danilovich D.P.

      The effect of UV irradiation on the formation of silver molecular clusters and their stabilization in solutions and composite and oxide coatings // Optics and spectroscopy - 2020, Vol. 128, No. 6, pp. 707-712

    • Kovalska E., Luxa J., Hartman T., Antonatos N., Shaban P.S., Oparin E.N., Zhukova M.O., Sofer Z.

      Non-aqueous solution-processed phosphorene by controlled low-potential electrochemical exfoliation and thin film preparation // Nanoscale - 2020, Vol. 12, No. 4, pp. 2638-2647

    • Терещенко И.Б., Губанова Л.А.

      Зависимость порога разрушения интерференционного многослойного покрытия от его конструкции при воздействии лазерным излучением (в печати) // Журнал технической физики - 2020. - С. 1-6

    • Павлов А.В.

      Моделирование квантово-подобных когнитивных феноменов методом голографии Фурье: дилемма заключенного // IХ Международная конференция по фотонике и информационной оптике: сборник научных трудов (Москва, 29-31января 2020г.) - 2020. - С. 227-228

    • Sidorov A.I., Fedorov Y.K., Sivak A.I., Vakula N.V.

      Raman spectroscopic investigations on UV irradiated phosphate glasses with high content of silver or sodium // Optical Materials - 2020, Vol. 102, pp. 109816

    • Евстропьев С.К., Никоноров Н.В., Саратовский А.С., Данилович Д.П.

      Влияние УФ облучения на формирование молекулярных кластеров серебра и их стабилизация в растворах, композиционных и оксидных покрытиях // Оптика и спектроскопия - 2020. - Т. 128. - № 6. - С. 701-706

    Information © 2015-2020 ITMO University
    2015 Department of Information Technology