Лазерная спектроскопия, управление структурой и динамикой процессов в молекулярных средах, кластерах и твердом теле; биофотоника, топологическая фотоника.

Изучение структуры и структурной динамики в кластерах и тонких пленках методами лазерной спектроскопии и сверхбыстрой электронографии важны для разработки базовых основ новых технологий, в том числе на основе материалов фазовой памяти. Управление свойствами квантовых материалов является одной из важнейших целей современной физики. В частности, представляет большой интерес поиск способов ультрабыстрого динамического контроля микроскопических процессов в веществе с помощью света. Эти исследования становятся возможными благодаря современным лазерным источникам фемто- и пикосекундных импульсов с длинами волн от ультрафиолетового до терагерцового диапазона. Реализация методов контролируемого, обратимого, нетеплового изменения квантовых свойств функциональных материалов на фемто- и пикосекундной шкале времени приведет к существенному прогрессу в высокоскоростной фотонике, развитию быстродействующей памяти, высокопроизводительных вычислений и созданию различных квантовых приборов. Появившиеся в последнее десятилетие технологические возможности создания трехмерных волноводных структур практически любой конфигурации существенно расширили возможности изучения как фундаментальных физических процессов, так и прикладных применений. Особый интерес вызывают волноводные структуры с нетривиальной топологией, в которых возбуждения могут распространяться, не испытывая рассеяния на локальных дефектах, что актуально, в частности, для создания оптически управляемых устройств для передачи информации. Нелинейность является одной из наиболее выгодных отличительных особенностей оптических топологических систем, существенно влияя на эволюцию топологических краевых состояний. Актуальность данного направления связана также с широкими возможностями, которые предоставляет использование периодических волноводных структур, в особенности динамических, для управления пространственной и временной структурой излучения, его контролируемой концентрации в виде одного или нескольких волновых пакетов, распространяющихся в нелинейной среде без расплывания на значительные расстояния. Комплексы металлов, исследование которых предполагается в рамках данной темы, являются генераторами активных форм кислорода, поэтому информация о химических превращениях, происходящих в таких системах после поглощения кванта света, важна для их применения в медицине и экологии. Востребованность спектральных данных высокого разрешения, включая параметры межмолекулярного взаимодействия, определяется широким кругом прикладных задач физики атмосфер Земли и планет, важностью понимания физических и химических процессов в межзвездной среде. Разработка и совершенствование оперативных методов оптической диагностики нанообъектов различной природы, включая наночастицы и их агрегаты, является одним из актуальных направлений развития современной фотоники. Разработка и совершенствование оперативных методов оптической диагностики нанообъектов различной природы, включая наночастицы и их агрегаты, является одним из актуальных направлений развития современной фотоники. В частности, чрезвычайно актуальной является разработка методов, позволяющих визуализировать и изучать наночастицы на уровне одиночных, поскольку ансамблевое усреднение, присущее методам, основанным на изучении наночастиц в порошках или взвесях, приводит к значительным искажениям информации об изучаемых частицах. Электронный и зондовые микроскопы, которые обычно применяют для визуализации нанообъектов, характеризуются сложной процедурой подготовки образца и измерений, интенсивным нежелательным воздействием на изучаемые объекты, дороги и малодоступны. Кроме того, методы электронной микроскопии не применимы для изучения частиц в водной среде, что резко ограничивает возможность их использования для изучения нанообъектов биологической природы в нативных условиях, а также существенно затрудняет изучение коллоидных наночастиц и их агрегатов в водных растворах. Оптические методы свободны от перечисленных недостатков и обладают рядом принципиальных преимуществ, таких как, высокая оперативность и простота процедуры измерений, информативность, малое воздействие на образец, возможность проведения измерений в водных средах и других оптически прозрачных жидкостях, в том числе in vivo, доступность аппаратуры и ряд других.