Разработка оптических методов и технологий измерения и управления свойствами технических и живых объектов на макро, микро и нано-уровнях

Интенсивные поиски решения проблемы эффективной генерации флуоресцентных фотонов и высокоэнергетических горячих электронов в настоящее время определяются целым рядом причин, включая широкое развитие источников лазерных импульсов фемто- и пикосекундной длительности, технологий синтеза плазмонных наночастиц и наноструктур. Это открывает возможности создания новых высокопроизводительных технологий в области биомедицины, электрохимии, фотокатализа, эффективного фотодетектирования, фотовольтаики, вакуумной быстродействующей электроники. Решение научной проблемы, связанной с синтезом и диагностикой новых типов электрически и оптически управляемых материальных платформ для сенсорики, наноэлектроники и фотоники на основе низкоразмерных слоев полупроводниковых наночастиц является актуальным для практических применений и дальнейшего развития фундаментальных представлений об особенностях переноса электронов и фотонов в случайно-неоднородных средах со сложной структурой и сильными частотными зависимостями параметров переноса с прикладной, так и с фундаментальной точки зрения. Прикладная составляющая проблемы связана с современными тенденциями в развитии наноэлектроники, фотоники, сенсорики и других наукоемких прикладных направлений, выражающимися в интенсивных исследованиях в области создания регулярных и стохастических метаповерхностей для оптического диапазона, элементной базы для «гибкой» электроники, высокочувствительных сенсорных устройств для экологии, биомедицины, систем безопасности, пищевой промышленности, функциональных покрытий с уникальными свойствами. Фундаментальная составляющая заявленной проблемы связана с уточнением и развитием представлений о физических механизмах переноса носителей заряда в наноструктурированных средах со специфическими электронными и структурными свойствами (низкой эффективностью рекомбинации неравновесных носителей зарядов, сильным взаимодействием носителей с решеткой, высокой концентрацией поверхностных и объемных ловушек, значительными градиентами локальных внутренних полей при воздействии внешнего электрического поля). Решение задач проекта, связанных с развитием представлений о микроскопических механизмах переноса фотоиндуцированных зарядов в подобных системах будет способствовать дальнейшему развитию физики твердого тела, фотоники, физики критических явлений в сложных системах. На интерференции оптического излучения, включая лазерное, основаны метрологически и функционально эффективные методы измерения и контроля поверхностной и объемной микроструктуры, микросмещений и микродеформаций объектов технического и биологического происхождения, в том числе и структурно оптически неоднородных – рассеивающих, объектов. В ряде актуальных практических задач в науке, технике, высоких технологиях, биомедицинских исследованиях возникает практическая необходимость прецизионного и неразрушающего контроля и измерения параметров микроструктуры – микрорельефа поверхности, микрослоистости, дефектности, параметров направленного и хаотического движения рассеивающих объектов – величин и законов (форм) микросмещений, скорости, ускорения. Развитие теоретических физических и математических, феноменологических и экспериментальных основ этих методов, расширение их функциональных и метрологических возможностей, является актуальной задачей современной прикладной оптики, лазерной физики и их практических приложений.