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Vladimir Shalaev

Vladimir (Vlad) M. Shalaev es un profesor distinguido de Ingeniería Eléctrica e Informática [13] y Director Científico de Nanofotónica en el Centro de Nanotecnología Birck, [14] Universidad de Purdue .

Educación y carrera

V. Shalaev obtuvo una Maestría en Ciencias en Física (summa com laude) en 1979 de la Universidad Estatal de Krasnoyarsk ( Rusia ) y un Doctorado en Física y Matemáticas en 1983 de la misma universidad. A lo largo de su carrera, Shalaev recibió varios premios por su investigación en los campos de la nanofotónica y los metamateriales , y es miembro de varias Sociedades Profesionales (ver la sección Premios, honores, membresías a continuación). El Prof. Shalaev ha coescrito/escrito tres y coeditado/editado cuatro libros, y es autor de más de 800 publicaciones de investigación, en total. [15] A mayo de 2024, su índice h es de 125 y el número total de citas se acerca a las 70.000, según Google Scholar. [16] En 2017-2023, el Prof. Shalaev ha estado en la lista de Investigadores Altamente Citados del Web of Science Group; [17] ocupa el puesto número 9 en la categoría de óptica de la lista de Stanford del 2 % de los científicos más citados del mundo [18] (durante toda su carrera; de 64 044 entradas); ocupa el puesto número 34 en los EE. UU. y el número 58 a nivel mundial en el campo de la electrónica y la ingeniería eléctrica según Research.com. [19]

Investigación

Vladimir M. Shalaev es reconocido por sus estudios pioneros sobre óptica lineal y no lineal de compuestos nanofotónicos aleatorios que han ayudado a moldear el área de investigación de medios ópticos compuestos. [2] También contribuyó al surgimiento de un nuevo campo de materiales artificiales diseñados: los metamateriales ópticos. [1] [2] Actualmente, estudia nuevos fenómenos resultantes de la fusión de metamateriales y plasmónica con nanofotónica cuántica. [20]

Metamateriales ópticos

Los metamateriales ópticos (MM) son materiales nanoestructurados compuestos diseñados racionalmente que exhiben propiedades electromagnéticas únicas drásticamente diferentes de las propiedades de sus componentes materiales constituyentes. Los metamateriales ofrecen una notable adaptabilidad de su respuesta electromagnética a través de la forma, el tamaño, la composición y la morfología de sus bloques de construcción a escala nanométrica, a veces llamados "metaátomos". [21] Shalaev propuso y demostró el primer MM óptico que exhibe un índice de refracción negativo y las nanoestructuras que muestran magnetismo artificial en todo el espectro visible. [22] [23] [24] [25] ( Aquí y en adelante, solo se citan artículos representativos seleccionados de Shalaev; para una lista completa de las publicaciones de Shalaev, visite su sitio web. [26] ) Hizo importantes contribuciones a los metamateriales activos, no lineales y ajustables, que permiten nuevas formas de controlar la luz y acceder a nuevos regímenes de interacciones mejoradas entre luz y materia. [27] [28] [29] [30] Shalaev también realizó experimentalmente MMs de índice de refracción negativo donde se utiliza un medio de ganancia óptica para compensar la absorción de luz (pérdida óptica). [29]  Hizo contribuciones significativas a la llamada Óptica de Transformación, [31] específicamente en concentradores ópticos y "capas de invisibilidad". [32] [33] [34] [35] En colaboración con Noginov, Shalaev demostró el nanoláser más pequeño, de 40 nm, que opera en el rango espectral visible. [36] [37] Shalaev también hizo contribuciones seminales a metamateriales planos bidimensionales - metasuperficies [38] - que introducen cambios abruptos en la fase de la luz en una sola interfaz a través del acoplamiento a antenas ópticas a nanoescala. [39] [40] [41] [42] [43] Desarrolló lentes planas extremadamente compactas, [41] hologramas ultradelgados [42] y espectrómetros de dicroísmo circular de tamaño récord [43] compatibles con circuitos ópticos planos. Los diseños MM desarrollados por Shalaev ahora se emplean ampliamente para la investigación en imágenes ópticas de longitud de onda inferior, láseres a nanoescala y sensores novedosos. [38] [44]

El trabajo de Shalaev tuvo un fuerte impacto en todo el campo de los metamateriales. [1] [2] [3] Tres de los artículos de Shalaev (refs. [22] , [23] y [32] ) siguen estando entre los 50 más citados de más de 750.000 artículos incluidos en la categoría OPTICS de ISI Web of Science desde 2005 (a enero de 2021). [45]

Composiciones aleatorias

Shalaev hizo contribuciones pioneras en el área de los medios ópticos aleatorios, incluyendo los compuestos fractales y de percolación. [2] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54 ] [55] [56] Predijo los modos ópticos altamente localizados - 'puntos calientes' - para fractales y películas de percolación que luego fueron demostrados experimentalmente por Shalaev en colaboración con los grupos Moskovits y Boccara. [52] [53] Además, mostró que los puntos calientes en compuestos aleatorios fractales y de percolación están relacionados con la localización de plasmones superficiales. [46] − [56] Estos modos de plasmón superficial localizados en sistemas aleatorios a veces se denominan "puntos calientes" de Shalaev: ver, por ejemplo, [57] Esta investigación sobre compuestos aleatorios surgió de los primeros estudios sobre fractales realizados por Shalaev en colaboración con MI Stockman; [58] [59] [60] [61] [62] [63] Se elaboró ​​una teoría de películas aleatorias de metal-dieléctrico en colaboración con AK Sarychev. [47] [49] [50] [54] Shalaev también desarrolló teorías fundamentales de dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) y no linealidades ópticas fuertemente mejoradas en fractales y sistemas de percolación y dirigió estudios experimentales destinados a verificar las teorías desarrolladas. [46] − [56] [60] [64] [65] Shalaev también predijo que los fenómenos no lineales en sistemas aleatorios pueden mejorarse no solo debido a los altos campos locales en los puntos calientes, sino también debido a la rápida variación espacial a nanoescala de estos campos en las proximidades de los puntos calientes, que sirve como fuente de momento adicional y, por lo tanto, permite transiciones electrónicas indirectas. [65]

Las contribuciones de Shalaev a la óptica y plasmónica de medios aleatorios [46] − [56] ayudaron a transformar esos conceptos en el área de metamateriales ópticos. [22] − [25] [27] − [36] Debido a la teoría y los enfoques experimentales desarrollados en el área de compuestos aleatorios, los metamateriales ópticos se han convertido rápidamente en un campo de investigación maduro sorprendentemente rico en nueva física. [24] [4] El impacto de Shalaev en el desarrollo de ambos campos está en la identificación de la fuerte sinergia y la estrecha conexión entre estos dos campos fronterizos de la óptica que desbloquean un conjunto completamente nuevo de propiedades físicas. [4]

Nuevos materiales para nanofotónica y plasmónica

Los compuestos aleatorios y los metamateriales brindan una oportunidad única para adaptar sus propiedades ópticas a través de la forma, el tamaño y la composición de sus bloques de construcción a nanoescala, que a menudo requieren metales para confinar la luz a la escala nanométrica a través de la excitación de plasmones de superficie. [46] [30] Para permitir aplicaciones prácticas de la plasmónica, Shalaev en colaboración con A. Boltasseva [66] desarrolló nuevos materiales plasmónicos, a saber, nitruros de metales de transición y óxidos conductores transparentes (TCO), allanando el camino hacia dispositivos plasmónicos y nanofotónicos duraderos, de baja pérdida y compatibles con CMOS. [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] Las cerámicas plasmónicas propuestas que operan a altas temperaturas pueden ofrecer soluciones para tecnologías de conversión de energía, fotocatálisis y almacenamiento de datos altamente eficientes [69] − . [73] En colaboración con el grupo Faccio, [74] Shalaev demostró respuestas no lineales ultrarrápidas y fuertemente mejoradas en TCO que poseen un índice de refracción lineal extremadamente bajo (cercano a cero), el llamado régimen épsilon-cercano a cero. [75] [ 76] [77] [78] [79] Independientemente, el grupo Boyd obtuvo resultados igualmente notables en un material TCO, [80] demostrando que los TCO de índice bajo son prometedores para la óptica no lineal novedosa.

Investigaciones tempranas

El trabajo de doctorado de Shalaev (supervisado por el profesor AK Popov) y sus primeras investigaciones implicaron el análisis teórico de la interacción resonante de la radiación láser con medios gaseosos, en particular i) los procesos multifotónicos sin efecto Doppler en campos ópticos fuertes y sus aplicaciones en óptica no lineal [81], espectroscopia [82] y física láser [83], así como ii) el fenómeno (recién descubierto en ese entonces) de la deriva de gases inducida por la luz. [84] [85]

Premios, honores, membresías

Publicaciones

El profesor Shalaev fue coautor de tres [24] [48] [50] y coeditor de cuatro [86] [87] [88] [89] libros en el área de su experiencia científica. Según el sitio web de Shalaev, [90] a lo largo de su carrera contribuyó con 30 capítulos invitados a varias antologías científicas y publicó varios artículos de revisión invitados, más de 800 publicaciones en total. Realizó más de 500 presentaciones invitadas en conferencias internacionales y centros de investigación líderes, incluidas varias charlas plenarias y magistrales. [91] [92]

Referencias

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