Federal Targeted Programme


    2016, 4th period
  1. Laser printing of Au/Si core-shell nanoparticles (Conference paper)
    G P Zograf, D A Zuev, V A Milichko, I S Mukhin, M A Baranov, E V Ubyivovk, S V Makarov, and P A Belov
    JPCS, vol. 741, pp. 012119, 2016
    [DOI: 10.1088/1742-6596/741/1/012119] [IF: 0.36, SJR: 0.24]

  2. Laser-Induced Periodical Structures Fabrication for Third Harmonic Generation (Conference paper)
    T A Voytova, S V Makarov, A N Tsypkin, V A Milichko, I S Mukhin, A V Yulin, S E Putilin, M A Baranov, A E Krasnok, and P A Belov
    JPCS, vol. 741, pp. 012112, 2016
    [DOI: 10.1088/1742-6596/741/1/012112] [IF: 0.36, SJR: 0.24]

  3. Manipulating Fano resonance via fs–laser melting of hybrid oligomers at nanoscale (Conference paper)
    S. Lepeshov, Yali Sun, D. Zuev, S. Makarov, V. Milichko, I. Mukhin, A. Krasnok, and P. Belov
    JPCS, vol. 741, pp. 012140, 2016
    [DOI: 10.1088/1742-6596/741/1/012140] [IF: 0.36, SJR: 0.24]

  4. Optical tuning of near and far fields form hybrid dimer nanoantennas via laser-induced melting (Conference paper)
    S. Kolodny, D. Zuev, S. Makarov, V. Milichko, I. Mukhin, A. Krasnok, and P. Belov
    JPCS, vol. 741, pp. 012152, 2016
    [DOI: 10.1088/1742-6596/741/1/012152] [IF: 0.36, SJR: 0.24]

  5. Femtosecond laser transfer of silicon nanoparticles with enhanced Raman response (Conference paper)
    P. Dmitriev, D. Baranov, S. Makarov, V. Milichko, I. Mukhin, A. Samusev, A. Krasnok, and P. Belov
    AIP Conf. Proc., vol. 1748, pp. 030001, 2016
    [DOI: 10.1063/1.4954347] [SJR: 0.163]


  6. 2015, 2nd and 3rd period
  7. Input impedance of small antenna provides Purcell factor (Conference paper)
    Alexander Krasnok, Alexey Slobozhanyuk, Pavel Belov, Constantin Simovski, Ravindra Sinha
    Days on Diffraction (DD), 2015
    [DOI: 10.1109/DD.2015.7354854]

  8. An antenna model for the Purcell effect
    Alexander E. Krasnok, Alexey P. Slobozhanyuk, Constantin R. Simovski, Sergei A. Tretyakov, Alexander N. Poddubny, Andrey E. Miroshnichenko, Yuri S. Kivshar, and Pavel A. Belov
    Sci. Rep., vol. 5, 2015
    [DOI: 10.1038/srep12956] [IF: 4.259, SJR: 1.625]

  9. Mapping plasmonic topological states at the nanoscale
    Ivan Sinev, Ivan Mukhin, Aleksei Slobozhanyuk, Alexander Poddubny, Andrey Miroshnichenko, Anton Samusev and Yuri S Kivshar
    Nanoscale, vol. 7, pp. 11904-11908, 2015
    [DOI: 10.1039/C5NR00231A] [IF: 7.367, SJR: 2.769]

  10. Enhanced emission extraction and selective excitation of NV centers with all–dielectric nanoantennas
    Alexander E. Krasnok, Alex Maloshtan, Dmitry N. Chigrin, Yuri S. Kivshar, and Pavel A. Belov
    Laser Photon. Rev., vol. 9, pp. 385-391, 2015
    [DOI: 10.1002/lpor.201400453] [IF: 8.434, SJR: 4.151]

  11. Probing magnetic and electric optical responses of silicon nanoparticles
    Dmitry Permyakov, Ivan Sinev, Dmitry Markovich, Pavel Ginzburg, Anton Samusev, Pavel Belov, Vytautas Valuckas, Arseniy I. Kuznetsov, Boris S. Luk'yanchuk, Andrey E. Miroshnichenko, Dragomir N. Neshev and Yuri S. Kivshar
    Appl. Phys. Lett., vol. 106, pp. 171110, 2015
    [DOI: 10.1063/1.4919536] [IF: 3.411, SJR: 1.132]

  12. Magnetic and Electric Hotspots with Silicon Nanodimers
    Reuben M Bakker, Dmitry Permyakov, Ye Feng Yu, Dmitry Markovich, Ramón Paniagua-Domínguez, Leonard Gonzaga, Anton Samusev, Yuri S. Kivshar, Boris Luk`yanchuk, and Arseniy I. Kuznetsov
    Nano Lett., 2015
    [DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00128] [IF: 12.712, SJR: 7.983]


    "Works by the international partner"
  1. Chirped photonic crystal with different symmetries for asymmetric light propagation
    Brahm Raj Singh, Swati Rawal, and R. K. Sinha
    Appl. Phys. A, vol. 122, pp. 1-7, 2016
    [DOI: 10.1007/s00339-016-0134-4] [IF: 1.694, SJR: 0.509]

  2. Design and analysis of polarization independent all-optical logic gates in silicon-on-insulator photonic crystal
    Preeti Rani, Yogita Kalra, R.K. Sinha
    Opt. Commun., vol. 374, pp. 148–155, 2016
    [DOI: 10.1016/j.optcom.2016.04.037] [IF: 1.542, SJR: 0.633]

  3. Design and analysis of near perfect metamaterial reflector in visible range (Conference paper)
    Nishant Shankhwar, Ravindra K. Sinha
    Proc. SPIE, vol. 9544, pp. 95441O, 2015
    [DOI: 10.1117/12.2187379] [SJR: 0.203]

  4. Mie resonance in the arrays of dielectric rods in air (Conference paper)
    Reena Dalal, Yogita Kalra, R. K. Sinha
    Proc. SPIE, vol. 9544, pp. 95442X, 2015
    [DOI: 10.1117/12.2188987] [SJR: 0.203]


    Patents
  1. Belov, P. A. ''Optical waveguide filter''


Federal Targeted Programme

Research report
  1. Stage 1 - Research report
  2. Stage 2 - Research report
  3. Stage 3 - Research report

Papers
  1. Reflection compensation mediated by electric and magnetic resonances of all-dielectric metasurfaces
    Viktoriia E. Babicheva, Mihail I. Petrov, Kseniia V. Baryshnikova, and Pavel A. Belov
    Journal of the Optical Society of America B, vol. 34, pp. D18-D28, 2017
    [DOI: 10.1364/JOSAB.34.000D18] [IF: 1.806, SJR: 0.894]

  2. Enhanced Second-Harmonic Generation from Sequential Capillarity-Assisted Particle Assembly of Hybrid Nanodimers
    Flavia Timpu, Nicholas R. Hendricks, Mihail Petrov, Songbo Ni, Claude Renaut, Heiko Wolf, Lucio Isa, Yuri Kivshar, Rachel Grange
    Nano Letters, vol. 17 (9), pp. 5381–5388, 2017
    [DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01940] [IF: 12.712, SJR: 7.983]

  3. Control of luminescence in resonant nanodiamonds with NV-centers
    A.S Zalogina, G.P.Zograf, E.V. Ushakova, F.E. Komissarenko, R.S. Savelev, S. I. Kudryashov,3, S.V. Makarov, D.A. Zuev and P. A. Belov
  4. Raman scattering governed by dark resonant modes in silicon nanoparticles (Conference paper)
    Friziuk K.S., Milichko V.A., Petrov M.I., Zuev D.A., Baranov A.V., Baranov M.A.,Makarov S.V., Krasnok A.E., Belov P.A., Mukhin I.S.
    Days on Diffraction (DD), pp. 155-160, 2016
    [DOI: 10.1109/DD.2016.7756833]

  5. Collective polaritonic modes in an array of two-level quantum emitters coupled to an optical nanofiber
    D. F. Kornovan, A. S. Sheremet, and M. I. Petrov
    Phys. Rev. B, vol. 94, pp. 245416, 2016
    [DOI: 10.1103/PhysRevB.94.245416] [IF: 3.736, SJR: 2.334]


Federal Targeted Programme

Research report

    В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 17.07.2017 г. № 14.587.21.0041 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014- 2020 годы» на этапе № 1 в период с 17.07.2017 г. по 29.12.2017 г. выполнялись следующие работы: 

    Описание результатов работ, выполненных за счет средств субсидии: 

    • ​Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках проекта, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты).
    • Проведены патентные исследования в соответст​вии с ГОСТ Р 15.011-96. 
    • Проведено численное моделирование плоского метаматериала с запрещенной зоной в диапазоне частот сверх-высокопольного томографа 7 Тесла. 
    • Численное моделирование массива дипольных антенн с плоской периодической структурой в виде метаматериала с запрещенной зоной.

    Описание результатов работ, выполненных (выполняемых) за счет внебюджетных средств: 

    • Проведено численное моделирование антенны на основе вырожденных мод резонатора из метаматериала.
    • Проведен численный расчет РЧ поля и выбраны параметры геометрии антенны на основе вырожденных мод резонатора из метаматериала.
    • Разработаны методики экспериментального исследования антенны на основе вырожденных мод резонатора из метаматериала.
    • Измерение S-параметров миниатюрной РЧ катушки для доклинических исследований на основе метаматериала.
    • Проведено тестирование миниатюрной РЧ катушки для доклинических исследований на основе метаматериала в присутствии эквивалента объекта исследования (фантома) на лабораторном МР-томографе с полем магнита 7-17 Тесла путем получения МРТ изображений.
    • Проведено численное моделирование искусственного магнитного экрана на основе плоского метаматериала, работающего в диапазоне высокопольного МР-томографа.

    На первом этапе выполнения работ был выполнен детальный обзор научно-технической литературы по теме метаповерхностей – двумерных матаматериалов для управления радиочастотными электромагнитными полями и свойствами антенн. Был проведен анализ и сравнение известных типов метаповерхностей на основе их функций по преобразованию радиочастотного электромагнитного поля и требований ко практическому применению в радиодиапазоне. Акцент был сделан на возможных применениях в области МРТ, включающих в себя новые РЧ-катушки для сверхвысокопольной исследовательской МРТ с уровнем постоянного поля 7 Тл. Были собраны и проанализированы данные об известных в литературе технических решениях катушек для МРТ на основе метаповерхностей. В результате были выделены наиболее перспективные пути использования метаповерхностей: развязка элементов фазированных антенных решеток МРТ, искусственный магнитный экран для обшивки радиочастотного экрана томографа, а также новые РЧ-катушки, основанные на резонаторах в виде метаповерхностей. Была построена численная модель плоского метаматериала с запрещенной зоной в диапазоне частот сверхвысокопольного томографа 7 Тл. Была предложена и изучена схема развязки близко расположенных электрических дипольных антенн, работающих в режиме параллельной передачи или в приемопередающем режиме, нацеленная на использование в МРТ всего тела пациента с уровнем постоянного поля 7 Тл, либо в задаче сканирования простаты. Развязка в предложенной модели выполняется с использованием паразитных металлических резонансных элементов, которые могут образовывать при их периодическом расположении между элементами антенной решетки так называемую структуру (метаматериал) с запрещенной зоной. Впервые в мире была разработана теоретическая модель системы из двух дипольных РЧ катушек МРТ в присутствии структуры для развязки, на основании которой получено строгое доказательство возможности идеальной пассивной развязки. Были сформулированы рекомендации по практическому проектированию структуры для развязки. Было показано, что очень плотно расположенная плоская решетка резонансных тонкопроволочных рассеивателей (называемая матаматериалом) может выполнять функцию развязки без искажения формы распределения РЧ поля антенн внутри сканируемого объекта. Новизна предложенного подхода заключается в сложности обеспечения развязки на столь близком расстоянии между антеннами как 1/30 от длины волны в воздухе, что требуется для повышения качества изображения сверхвысокопольных томографов за счет увеличения числа приемопередающих элементов антенной решетки. Были изучены два типа метаповерхностей с запрещенной зо но й в диапазоне частот сверхвысокопольного томографа 7 Тл - массив параллельных резонансных диполей и массив параллельных разомкнутых петлевых резонаторов.
    Оптимизация вышеуказанных структур была достигнута за счет детального численного моделирования. В частности, были численно исследована периодическая структура, основанная на метаповерхности, которая включает в себя так называемые разомкнутые петлевые резонаторы. Было показано путем численного расчета коэффициентов матрицы рассеяния системы из двух дипольных антенн что данная метаповерхность подходят для развязки близкорасположенных дипольных антенн в МРТ, но при этом более проста в изготовлении и настройке в МРТ эксперименте по сравнению с известной ранее в литературе грибовидной структурой, использовавшейся для развязки антенн в СВЧ диапазоне. Численно были рассчитаны ветви дисперсионной характеристики бесконечной метаповерхности, показывающие существование запрещенной зоны в диапазоне частот сверхвысокопольного томографа 7 Тл (в окрестности Ларморовой частоты протонов в поле 7 Тл – 298 МГц). Далее были рассчитаны коэффициенты матрицы рассеяния системы из двух дипольных антенн в присутствии метаповерхности. Был показан выигрыш в использовании метаповерхности, заключающийся в снижении коэффициента взаимной связи согласованных диполей S12 в сравнении с теми же диполями без метаповерхности. Численные расчеты были проведены с учетом присутствия фантома и радиочастотного экрана томографа. Было показано, что развязка и согласование, обеспечиваемые предложенной метаповерхностью на основе петлевых резонаторов, сопровождается улучшением уровня РЧ магнитного поля на глубине фантома при сохранении однородного распределения без искажений, что важно для получения изображений МРТ с высокой однородностью и коэффициентом сигнал-шум по сравнению с отсутствием развязывающей метаповерхности. В сравнении с метаповерхностью, состоящей из резонансных диполей, метаповерхность из петлевых резонаторов обеспечивают более
    высокий уровень РЧ магнитного поля в глубине фантома, и, что более важно, позволяет избежать искажения распределения поля. В результате проведенных численных расчетов впервые было показано, что метаповерхность может улучшить развязку на 10 дБ при расстоянии между диполями всего лишь 1/30 от длины волны в воздухе, что достигается в достаточном для приложений сверхвысокопольного МРТ диапазоне частот 0.2 МГц.

    Подана заявка на полезную модель "Радиочастотная катушка магнитно-резонансного томографа"(заявка № 20173512 от 25.12.2017, Россия), а также опубликованы 2 статьи (см. вложения ниже).

    В результате проводимых в рамках проекта работ будут разработаны антенны МРТ, способные существенным образом улучшить характеристики МРТ изображений, получаемых при помощи сверхвысокопольных томографов, что будет важным шагом к применению их наивысшей разрешающей способности и контраста изображений в клиниках. Данные результаты будут непосредственно применимы в разработке промышленных образцов перспективных антенн МРТ ведущими производителями диагностического оборудования как в России (НПФ "Аз", "RTI Криомагнитные системы", "С.П. Гелпик"), так и за рубежом (Phillips, GE, Siemens, Intera, и т.д.).

    Применение разрабатываемых антенн поможет снизить время проведения МРТ исследования в разы при сохранении характеристик изображения, что повысит производительность и высокопольных томографах на МРТ станциях и в клиниках. Поэтому применение разрабатываемых антенн, является выгодным и при эксплуатации уже существующих на рынке МР-томографов с полем 1.5 Тл. Использование разработанных антенн на основе метаматериалов также позволит расширить возможности исследовательской сверхвысокопольной МРТ в задачах биологии и медицины. 

    На данный момент подана одна патентная заявка на полезную модель. В дальнейшем планируется предоставлять заинтересованным компаниям-производителям лицензии на производство аналогичных продуктов, что будет возможно благодаря своевременной защите прав на интеллектуальную собственность. В целом, стратегией коммерциализации разработок, созданных в рамках настоящего проекта будет демонстрация преимуществ проведения МРТ-исследований с использованием разработанных антенн. Так все планируемые к разработке типы антенн на
    основе метаматериалов в конечном счете должны быть исследованы путем сканирования живых объектов и демонстрации возможностей улучшения качества изображения в рамках актуальных биомедицинских задач. Для привлечения внимания заинтересованных компаний планируется участие в специализированных выставках и конференциях, а также публикация полученных результатов в СМИ.

    Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.


Papers
  1. A mechanically tunable and efficient ceramic probe for MR-microscopy at 17 Tesla
    Sergei Kurdjumov, Stanislav Glybovski, Anna Hurshkainen, Andrew Webb, Redha Abdeddaim, Luisa Ciobanu, Irina Melchakova, and Pavel Belov
    AIP Conference Proceedings, vol. 1874, p. 30011, 2017
    [DOI: 10.1063/1.4998040] [SJR: 0.163]

  2. Decoupling capabilities of split-loop resonator structure for 7 Tesla MRI surface array coils
    A. Hurshkainen, S. Kurdjumov, C. Simovski, S. Glybovski, I. Melchakova, C. A. T. van den Berg, A. Raaijmakers, and P. Belov
    AIP Conference Proceedings , vol. 1874, p. 20007, 2017
    [DOI: 10.1063/1.4998028] [SJR: 0.163]


Federal Targeted Programme

Research report
  1. Stage 1 - Research report

Papers
  1. Hybrid nanocavity for molecular sensing
    Valentin A. Milichko, Kristina S. Frizyuk, Pavel A. Dmitriev, Dmitry A. Zuev, George P. Zograf, Sergey V. Makarov, Pavel A. Belov

  2. Nanoscale optical high-temperature sensor
    George P. Zograf, Mihail I. Petrov, Ivan S. Sinev, Anton K. Samusev, Dmitry A. Zuev, Valentin A. Milichko, Sergey V. Makarov