Наноструктуры, нанофотоника, нелинейная физика фотонных сред и холодных атомов и их применение.

Одной из целей научного исследования является установление областей существования и устойчивости, а также возможностей динамического возбуждения многомерных солитонов в топологических оптических изоляторах различного типа. Другой целью является изучение процесса формирования дисперсионных ударных волн и солитонов при эволюции интенсивных нелинейных импульсов в различных средах и системах. Наконец, планируется построение теории фотон-магнонных взаимодействий в гибридных гетероструктурах, включающих в себя магнитные материалы и низкоразмерные электронные системы с сильным спин-орбитальным взаимодействием и изучение кинетики ансамблей двухуровневых систем, связанных с внешним термостатом. Кроме того целью наших исследований является изучение коллективных явлений в двумерных материалах и нано- и гетероструктурах на их основе. Построение первопринципных квантовомеханических и квантовополевых моделей и теории коллективных квантовых эффектов. Предложить способы их экспериментального обнаружения. Развитие теории бозе-конденсации экситонных поляритонов как открытой квантовой системы с учётом немарковских эффектов. Исследование атомистических механизмов образования и трансформации углеродных наноструктур под действием катализатора и облучения электронами. Целью научных исследований в области нанофотоники и наноплазмоники является исследование электромагнитных полей на наномасштабах, которые включают в себя способы получения нанолокализованных полей, исследования свойств нанополей на наномасштабах, исследование взаимодействие нанолокализованных полей с квантовыми объектами (атомами, молекулами, биомолекулами). Данные исследования рассматриваются как перспективные для разработки высокоэффективных источников излучения для задач оптоэлектроники, перевода индустрии телекоммуникаций на принципиально новый уровень регистрации, обработки и хранения информации и создания нового класса одномолекулярных квантовых сенсоров. Целью научных исследований физики ультрахолодных атомов является исследование возможности развития квантовой сенсорики на основе ультрахолодных атомов. Квантовые сенсоры — это принципиально новый тип сенсоров (времени, ускорения, вращения, гравитации), который основан на фундаментальном принципе квантовой̆ механики - корпускулярно-волновом дуализме материи. Основу квантовых сенсоров составляет атомный интерферометр волн материи. Именно в нем достигается проявление корпускулярно-волнового дуализма материи (атома, молекулы). Для создания волн материи (атомов) и управления ими должен быть создан поток ультрахолодных атомов и элементы контроля атомными ансамблями, на основе которых строится атомный интерферометр. Сложная задача создания ансамбля ультрахолодных атомов и последующего контроля за его движением в пространстве и во времени решается методами лазерного охлаждения атомов и атомной оптики. Для практического применения квантовых сенсоров атомный интерферометр должен быть максимально компактным. В настоящее время единственным решением для достижения противоречивых требований компактности и высокой чувствительности интерферометра (сенсора) является использование интерферометра на атомном чипе.