eng
Выпуск #5/2021
А. И. Терехов
Библио- и патентометрический анализ развития нанофотоники: 2000–2020 годы
Библио- и патентометрический анализ развития нанофотоники: 2000–2020 годы
Просмотры: 1735
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2021.15.5.378.394
В статье анализируется развитие исследований, структура и динамика патентования научных результатов в области нанофотоники в период 2000–2020 годов. В центре внимания глобальный публикационный выход и вклад в него отдельных стран и их групп, тематическая структура исследований, показатели международной научной кооперации. Рассмотрен внутрироссийский исследовательский ландшафт, отмечено повышение роли географической периферии и университетов в его формировании. На примере базовых направлений нанофотоники показан сдвиг интереса от фотонных кристаллов к метаматериалам (как в исследованиях, так и в патентовании). В качестве источников информации использованы: библиографическая база данных Science Citation Index Expanded (SCIE) и база данных Ведомства по патентам и товарным знакам США (USPTO).
В статье анализируется развитие исследований, структура и динамика патентования научных результатов в области нанофотоники в период 2000–2020 годов. В центре внимания глобальный публикационный выход и вклад в него отдельных стран и их групп, тематическая структура исследований, показатели международной научной кооперации. Рассмотрен внутрироссийский исследовательский ландшафт, отмечено повышение роли географической периферии и университетов в его формировании. На примере базовых направлений нанофотоники показан сдвиг интереса от фотонных кристаллов к метаматериалам (как в исследованиях, так и в патентовании). В качестве источников информации использованы: библиографическая база данных Science Citation Index Expanded (SCIE) и база данных Ведомства по патентам и товарным знакам США (USPTO).
Теги: data analysis nanophotonics patent scientific publication анализ данных нанофотоника научная публикация патент
Библио- и патентометрический анализ развития нанофотоники: 2000–2020 годы
А. И. Терехов
ФГБУН Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия
В статье анализируется развитие исследований, структура и динамика патентования научных результатов в области нанофотоники в период 2000–2020 годов. В центре внимания глобальный публикационный выход и вклад в него отдельных стран и их групп, тематическая структура исследований, показатели международной научной кооперации.
Рассмотрен внутрироссийский исследовательский ландшафт, отмечено повышение роли географической периферии и университетов в его формировании. На примере базовых направлений нанофотоники показан сдвиг интереса от фотонных кристаллов к метаматериалам (как в исследованиях, так и в патентовании). В качестве источников информации использованы: библиографическая база данных Science Citation Index Expanded (SCIE) и база данных Ведомства по патентам и товарным знакам США (USPTO).
Ключевые слова: нанофотоника, научная публикация, патент, анализ данных
Статья получена: 05.08.2021
Статья принята: 14.08.2021
Нанофотоника как фронт исследований, относящихся к взаимодействию света с материей на наношкале, появилась в начале 2000‑х годов. Драйвером роста стали открываемые новые возможности в светодиодах и солнечных батареях, биофотонной медицинской терапии и диагностике, сверхзащищенной связи и квантовой обработке информации, а также в военной сфере, например, в системах электроники на оружейных платформах, стелс-технологии и т. д. [1–3].
Ввиду отсутствия пока еще надежных экономических данных, для оценки результативности и конкурентных позиций стран в нанофотонике могут быть полезны наукометрические индикаторы. В частности, сведения о научных статьях и патентах способны дать представление о научно-технологическом заделе для ее будущих инновационных приложений. Используя библиометрические методы, мы изучим тематическую структуру исследований по нанофотонике, оценим количество и воздействие публикаций, производимых их основными участниками, проанализируем структуру международного научного сотрудничества, охарактеризуем внутрироссийский исследовательский ландшафт.
Источником информации для этого выбрана библиографическая база данных Science Citation Index Expanded (БД SCIE). Источником необходимой патентной информации для анализа послужила база данных Ведомства по патентам и товарным знакам США (БД USPTO).
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходная выборка – 77984 публикаций (типа: article, review, proceedings paper, letter) за период 2000–2020 годы – получена путем поиска в БД SCIE по ключевым терминам и их сочетаниям (см. Приложение) в полях «Заголовок» и «Ключевые слова автора». Ее данные были использованы для макро-анализа на уровне стран и их групп. Сведения о 2986 публикациях с адресом в России обеспечили более детальное изучение внутрироссийского исследовательского ландшафта, оценки вклада и научного воздействия отечественных институтов. 2539 патентов США на изобретения по базовым тематикам нанофотоники («фотонные кристаллы», «метаматериалы», «плазмоника») извлечены из БД USPTO путем поиска по ключевым терминам в названиях и резюме патентных документов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Далее приведены основные результаты анализа в соответствии с поставленными задачами.
Тематическая структура исследований
Тематический профиль отобранного массива публикаций характеризуют примерно 150 предметных категорий WoS, 20 из которых имеют более чем 1%‑й вклад. Первые пять категорий – это: оптика (~34% публикаций), прикладная физика (~32%), материаловедение, междисциплинарные труды (~26%), нанонаука и нанотехнология (~18%), техника, электротехника и электроника (~15%). Динамика тематической структуры исследований по нанофотонике в терминах предметных категорий WoS и таких базовых тематик, как фотонные кристаллы, метаматериалы и плазмоника [3], представлена на рис. 1 и 2. Рис. 1 показывает достаточно установившийся вклад двух лидирующих категорий WoS и поступательный рост материаловедческой и нанотехнологической составляющих в работах по нанофотонике. Как следует из рис. 2, этому не в последнюю очередь мог способствовать бурный рост интереса, особенно в последние годы, к метаматериалам. Ввиду важности был составлен специальный запрос для выявления биомедицинских приложений нанофотоники. Из 2621 отобранных по запросу публикаций 26,6% пришлось на долю США, 25,4% – Китая, 6,8% – Индии.
Россия с 2,2%-м вкладом лишь на 16‑м месте, что означает отсутствие специализации нашей страны в данном направлении. Интересно, что 13 публикаций по нанофотонике за 2020 год (6 статей и 7 обзоров) связаны с проблематикой COVID‑19 и посвящены главным образом применению поверхностного плазмонного резонанса для диагностики коронавируса SARS-CoV‑2 и разработки лекарственных препаратов. Среди авторов ученые из Китая, Испании, США, Великобритании, Бразилии и некоторых других стран.
В целом изучение тематической структуры публикационного массива (в том числе сочетания предметных категорий) подтверждает междисциплинарный характер нанофотоники (см. [3]).
Основные участники исследований (страны и группы стран) и их вклад
За рассматриваемый период в исследованиях по нанофотонике хотя бы минимально участвовали более ста стран. Наиболее значимый вклад (свыше 1% от общего количества публикаций) внесли 22 страны, перечисленные в табл. 1. Выделим из состава участников три сопоставимые по количеству публикаций группы стран: семерку промышленно развитых стран (США, Япония, Германия, Великобритания, Франция, Италия, Канада) – G7; семерку азиатских стран (Китай, Южная Корея, Индия, Иран, Тайвань, Сингапур, Турция) – условно «А‑7» и «Остальной мир». В соревновании групп «А‑7» не только выигрывает, обогнав в 2006 году «Остальной мир», а в 2013 году группу G7, но и определяет в последние годы мировую динамику роста количества публикаций (рис. 3). Китай, обойдя США в 2010 году, прочно закрепился на 1‑й позиции в соревновании стран; ему хватило набранных темпов, чтобы в 2018 году превзойти по количеству производимых публикаций всю группу G7 (рис. 3). Согласно табл. 1 (1‑й столбец), США, Великобритания, Канада на конец периода только сохранили свои позиции в рейтинге стран, тогда как Япония, Германия, Франция, Италия ухудшили их. Напротив, к концу периода Индия и Иран поднялись в рейтинге на 3‑е и 4‑е место соответственно, улучшили свои позиции Южная Корея и Турция, Сингапур сохранил за собой 15‑е место, и лишь Тайвань опустился на две позиции. Бурному прогрессу Китая, очевидно, способствовали целенаправленная политика руководства и усиленное финансирование науки. Важную роль в нанофотонике сыграла Оптическая долина Китая (ОДК), а также принятая в 2009 году целевая программа по привлечению в ОДК научных талантов, в том числе из-за рубежа. Общую картину своеобразного наступления Востока на Запад в исследованиях по нанофотонике дополняет тот факт, что к 2020 году публикационного вклада более 1% достигли Малайзия, Саудовская Аравия, Вьетнам, Пакистан, Египет и Бангладеш, тогда как вклад Дании, Швеции и Израиля стал ниже этого уровня.
Созданные еще в советские годы научные школы в области оптики и наноструктурированных материалов позволили России с самого начала включиться в исследования по нанофотонике. Доля ее публикаций в данной области за период 2000–2020 годы превышает ее долю в науке в целом по БД SCIE в 1,5 раза. Она устойчиво входит в Топ‑10 стран; в рейтинге 2020 г. Россия находилась между двумя членами G7: Японией и Италией (табл. 1). Более высокое место она занимает в таких горячих тематиках, как «фотонные кристаллы» (7‑е) и «метаматериалы» (8‑е).
Вклад стран можно оценивать не только с количественной, но и с качественной точки зрения, воспользовавшись показателями цитирования. На момент проведения обследования (май 2021 г.) публикации из исходной выборки были процитированы более 2,194 млн. раз.
В табл. 1 (столбец 4) приведен вклад стран в общее количество цитат. Лидируют США, за ними с большим отрывом следует Китай. Вклад Китая и России в общее количество публикаций (30,8 и 3,8% соответственно) отстает от их вклада в общее количество цитат (19,5 и 2,5% соответственно), что служит первым сигналом о низком воздействии публикаций обеих стран. Детализацию картины обеспечивает относительный показатель цитирования (ОПЦ), демонстрирующий научное влияние страны. Согласно рис. 4, публикации, производимые Китаем и Россией (за небольшим исключением), цитируются ниже среднемирового уровня, хотя в последние годы у обеих стран заметен прогресс: они обошли Японию; Китай превысил, а Россия вплотную приблизилась к среднемировому уровню цитирования. На этом фоне США и Германия в последние годы снижают свое влияние в терминах ОПЦ.
Заметим, что для Китая и России международное соавторство заметно повышало цитируемость публикаций по нанофотонике. Так, соавторские публикации Китая цитировались в среднем чаще его автономных публикаций от 1,1 до 3‑х раз в зависимости от года выхода; для России же этот показатель колебался по годам от 1,5 до 8,7 раз. Данное обстоятельство создает дополнительный интерес к изучению научного сотрудничества стран в нанофотонике.
Международное сотрудничество (соавторство)
Роль международного сотрудничества в современной науке все более возрастает. Согласно нашему расчету, доля международно-соавторских публикаций по нанофотонике выросла с 22,5% в 2007 году до 28,3% в 2020 году. Среднее число стран, ученые которых были соавторами, в расчете на одну публикацию составляло в эти же годы 2,2 и 2,4 соответственно, что, в частности, говорит о преобладании двустороннего международного партнерства в данной области. Доля международно-соавторских публикаций у стран из табл. 1 довольно различна: от 17,6% у Ирана до 70,5% у Швеции. В целом наибольшая степень интернационализации исследований характерна для европейских стран и Австралии, наименьшая – для стран из «А‑7» (исключая Сингапур). При этом среднее число стран-партнеров в соавторских публикациях разных стран варьируется слабо: в диапазоне 2,3–2,6 (табл. 1). Для России наблюдается постепенный переход к многостороннему международному сотрудничеству: если в 2000 году доля ее публикаций с соавторством ученых из трех и более стран составляла около 27% то в 2007 году – 35, в 2014 году – 37 и в 2020 году – 45%.
Проанализируем кратко соавторскую сеть 22 стран (из табл. 1), в которой отсутствуют только две соавторские связи: между Израилем и Ираном, Израилем и Турцией. Чтобы оценить силу соавторских связей для остальных 229 пар стран, рассчитаем показатель Солтона (IS). Разобьем далее совокупность полученных значений с помощью квартилей на четыре примерно равные части, которые обозначим: S1 – первую (или нижнюю – с наименьшими значениями IS), S2 – вторую, S3 – третью и, наконец, S4 – четвертую (или верхнею – с наибольшими значениями IS). В первую очередь интересны группы наиболее тесно сотрудничающих стран, поэтому рассмотрим страны со связями в S4. Наибольшее число таких связей (18) имеют США; за ними следуют Германия и Великобритания (по 11 связей), Франция (9), Испания и Швейцария (по 8), Италия и Швеция (по 7) и т. д. Среди азиатских стран в S4 больше всего связей у Китая (5) и Сингапура (4), а у Индии и Ирана их нет вообще. У России 6 связей в S4: с Германией (IS = 0,091), Австралией (0,078), Великобританией (0,051), США (0,05), Данией (0,041) и Францией (0,04). Наибольшую клику в S4 образуют 7 стран: США, Германия, Великобритания, Франция, Италия, Испания и Швейцария. Россия вместе с США, Германией, Великобританией и Францией образует в S4 максимальную клику. Если добавить связи из S3, то в S4 ∪ S3 эта пятерка стран вместе с Данией, Швецией и Нидерландами составляет наибольшую клику размера 8. Таким образом, в нанофотонике Россия входит в тесно сплоченное исследовательское сообщество с учеными из Европы и США; помимо этого у нее сильные соавторские связи и с учеными из Австралии. Рассмотрим теперь сеть в разрезе априорно выделенных групп стран: G7, «A‑7» и «Остальной мир» в лице восьми представителей из табл. 1. Согласно распределению значений показателя IS, наиболее сплоченной из них является группа G7 (~90% ее внутренних связей входит в S4 ∪ S3, причем 62% – в S4); для «Остального мира» и группы «A‑7» аналогичные показатели составляют: 75 и 29%, 24 и 5% соответственно.
Перекрестные связи групп «A‑7» и «Остального мира» с группой G7 в совокупности сильнее внутренних связей каждой из них, что более выражено для «А‑7». Учитывая, что между собой «А‑7» и «Остальной мир» связаны слабо (~88% их перекрестных связей входят в S2 ∪ S1, причем 55% – в S1), это подтверждает определенную притягательность сотрудничества с группой промышленно развитых стран. В большей степени это характерно для «А‑7», тогда как для восьми представителей «Остального мира» из табл. 1 перекрестные связи с G7 и их внутренние связи более или менее сбалансированы.
Отметим, что в 2014–2020 годах (по сравнению с 2007–2013 годами) ослабления соавторских связей России с четверкой ведущих западных стран не наблюдалось независимо от участия или неучастия в них третьей стороны. Однако по сравнению с 2000–2006 годами эти связи заметно ослабли.
Важные институциональные участники исследований: в мире и России
Мировой исследовательский ландшафт в нанофотонике определяют крупные национальные научно-организационные структуры, университеты и в значительно меньшей степени корпоративный сектор.
В числе первых, например: Китайская академия наук (4,8%; 15,7%); Национальный центр научных исследований Франции, НЦНИ (3,8%; 73,8%); Российская академия наук, РАН (2,2%; 57,5); Министерство энергетики США (1,7%; 8,6%); Национальный исследовательский совет Италии (1,3%; 38,6%); Общество Макса Планка (Германия) (1,1%; 17,4%); Высший совет по научным исследованиям (Испания) (0,9%; 30,4%); Агентство научно-технологических исследований A*STAR (Сингапур) (0,8%; 31,6%); Министерство обороны США (0,7%; 3,6%) и др. В некоторых странах (Франция, Россия) вклад этих структур в национальный публикационный выход весьма значителен, что говорит о высокой степени централизации исследований.
Тем не менее основными производителями научного знания в области нанофотоники в мире и в большинстве стран выступают университеты. Так, в первой мировой двадцатке по количеству произведенных публикаций США представляют Система Калифорнийского университета (1 573 публикации; 1‑е место), Система Техасского университета (773; 8‑е), Массачусетский технологический институт (663; 17‑е), Стэнфордский университет (607; 20‑е); Китай – Юго-восточный университет (1082; 4‑е), Нанкинский университет (918; 5‑е), Чжэцзянский университет (882; 6‑е), Университет Китайской академии наук (747; 9‑е), Хуачжунский университет науки и технологий (740; 10‑е), Университет электронных наук и технологий (707; 11‑е), Харбинский технологический университет (687; 12‑е); Университет Цинхуа (677; 13‑е), Пекинский университет (674; 14‑е), Тяньцзиньский университет (625; 19‑е); Сингапур – Наньянский технологический университет (1111; 3‑е), Национальный университет Сингапура (669; 15‑е); Индию – Система Индийских институтов технологий (1117; 2‑е); Францию – Университет Париж – Саклей (775; 7‑е); Данию – Датский технический университет (663; 16‑е); Тайвань – Национальный университет Тайваня (631; 18‑е).
В приведенном списке преобладают университеты из Азии. Однако научное влияние может быть связано не только с количеством публикуемых работ, но и с их качеством, часто измеряемым цитированием. В этом отношении заметным влиянием могут обладать менее крупные университеты. Например, из 470 публикаций по нанофотонике Имперского колледжа Лондона 90 и 14 вошли соответственно в Топ‑10% и Топ‑1% сегменты высоко цитируемых публикаций. Для Технологического института Карлсруэ (Германия) аналогичное соотношение составило 382, 72 и 10 публикаций, а для отечественного ИТМО – Университета – 457, 71 и 11 публикаций соответственно. Как правило, такие университеты активно участвуют в международном сотрудничестве: так, доля международно-соавторских публикаций Технологического института Карлсруэ, Имперского колледжа Лондона и ИТМО – Университета составила 57, 66 и 80% соответственно.
О прикладной направленности исследований может говорить участие в них представителей корпоративного сектора. В нанофотонике это такие гиганты ИКТ-отрасли, как: Nippon Telegraph Telephone Corporation (Япония) – 242 публикации; Samsung Group (Южная Корея) – 126; Thales Group (Франция) – 108; International Business Machines IBM (США) – 107; Hewlett-Packard (США) – 42 публикации. Сюда же входят компании с меньшим публикационным вкладом, например американские: Omega Optics Inc (оптические сенсоры, биосенсоры, оптические коммуникации), Lockheed Martin Corporation (авиастроение, авиакосмическая техника, судостроение), PFIZER (биофармацевтика), SensorMetrix Inc (метаматериалы, системы детектирования) и др.; китайские оптоволоконные компании из ОДК: Yangtze Optical Fiber & Cable Co. Ltd, Wuhan Research Institute of Post & Telecommunications Co. Ltd. В целом на долю корпоративного сектора в рассматриваемый период пришлось около 1,5% мировых публикаций. В публикационном выходе США эта доля составила примерно 2,2%, а Китая – менее 1%. Интересно, что даже в открытой части на долю военно-исследовательских структур этих стран пришлось больше публикаций: примерно 3,6 и 2,3% соответственно.
Охарактеризуем кратко российский исследовательский ландшафт. Табл. 2 показывает достаточно широкую географию отечественных исследований. Тем не менее на долю Москвы пришлось около 48% всех российских публикаций по нанофотонике. Это сильно контрастирует с другими столицами мира: так, доля Пекина и Лондона в национальном публикационном выходе примерно по 22%, Токио – 20, Парижа – 14, Берлина – 13%. Вклад трех городов США – Бостона, Лос-Анджелеса и Нью-Йорка – 3,4; 2,4 и 2,3%, соответственно. Условный «Центр» – Москва и Санкт-Петербург вместе с Московской и Ленинградской областями – произвел за весь период 70% всех российских публикаций.
Однако со временем производство научного знания все же распространялось, и в результате публикационный вклад «Центра» сократился с 78 в 2000–2006 годы до 65% в 2014–2020 годы.
Наряду с географической деконцентрацией имела место и децентрализация исследований. На фоне уменьшения вклада РАН (с 59 до 52% в сравниваемые периоды ) заметно вырос вес российских университетов, а отечественные лидеры – МГУ и ИТМО – заняли в мировом рейтинге университетов по количеству публикаций 21‑е и 40‑е место соответственно.
Университеты совокупно внесли больший, чем РАН, вклад в топ‑10% и топ‑1% сегменты высоко цитируемых публикаций (табл. 3). Характерно, что ИТМО, внесший максимальный вклад в эти элитные сегменты мировых публикаций по нанофотонике, имел высочайшую степень научной кооперации (международной и внутренней): лишь 7% всех работ были выполнены им автономно. Для сравнения: у Технологического института Карлсруэ и Имперского колледжа Лондона доля таких работ составляла 17 и 27% соответственно.
ИТМО сотрудничал с учеными из 39 стран и более чем 300‑х научных организаций. Его наиболее предпочтительными международными партнерами были Австралия (Австралийский национальный университет, АНУ), США (Система Техасского университета), Великобритания (Лондонский университет). Более 75% публикаций ИТМО, совместных с АНУ, выполнены учеными Международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов, созданного под руководством Ю. С. Кившаря (АНУ) и П. А. Белова (ИТМО), что говорит об успешной реализации выигранного ими в 2010 году мегагранта российского правительства. Внутри страны ИТМО активно сотрудничает с РАН и прежде всего с Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе.
Вклад отечественного корпоративного сектора в публикационный выход страны пока не превышает 1%; в исследованиях приняли участие лишь несколько малых инновационных компаний: ООО «Новые энергетические технологии» (Сколково; медицинское оборудование, лазерные технологии, солнечная энергетика); ООО НПП «Наноструктурная технология стекла» (Саратов; производство стеклянных микро- и наноструктур для применений в биомедицине и оптике); ООО «НТ-МДТ» (Зеленоград; сканирующая зондовая микроскопия); ООО «Авеста» (Троицк; лазеры и оптические системы).
Патентование научных результатов
Сигналом перехода к стадии внедрения можно считать патентование научных результатов. Динамика выдачи патентов США на изобретения по трем базовым тематикам нанофотоники показана на рис. 5. Как и в случае публикаций, сначала в тематической структуре изобретений преобладали фотонные кристаллы, однако затем изобретательский интерес сместился в пользу метаматериалов и плазмоники. 57% от общего числа патентов по трем указанным тематикам были выданы американским патентовладельцам. За ними следуют патентовладельцы из азиатских стран: Японии (~13%), Южной Кореи (~7%) и Китая (~4%). Представители России входили в состав изобретательских коллективов в шести патентах:
Изобретатель из Долгопрудного (Россия) и трое из США; патентовладелец – Arrowhead Center, Inc (США);
«Настраиваемый терагерцевый фильтр из метаматериала» (№ 8958050; 2015 год). Изобретатели из Санкт-Петербурга (Россия); патентовладелец – Samsung Electronics Co., Ltd.
(Южная Корея);
«Саморезонансный аппарат для системы беспроводной передачи энергии» (№ 9330836; 2016 год). Изобретатели из Санкт-Петербурга, Архангельска и Всеволожска (Россия), а также Южной Кореи; патентовладелец – Samsung Electronics Co., Ltd. (Южная Корея);
«Аппарат магнитно-резонансной томографии» (№ 10732237; 2020 год). Изобретатели из Санкт-Петербурга (Россия); заявитель патента – Университет ИТМО;
«Устройство и способ управления направлением распространения лазерного излучения с использованием множества наноантенн» (№ 10831082; 2020 год). Изобретатели из Тулы, Долгопрудного и Краснодара (Россия); патентовладелец – Samsung Electronics Co., Ltd. (Южная Корея).
Как видим, патентоспособные идеи российских изобретателей, не находя заинтересованности у российских высокотехнологичных компаний, утекают за рубеж.
В то же время, согласно прогнозу аналитической компании ReportLinker (Франция), мировой рынок нанофотоники (даже с учетом поправок на воздействие пандемии) достигнет к 2027 году 202 млрд. долларов; при этом среднегодовой темп роста в период 2020–2027 годов составит 37,6% [6].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Нанофотоника превратилась в последние годы в динамично растущую научную область с широким спектром технологических выходов. В глобальном научном соревновании показателен переход (с 2012 года) ключевого влияния на исследовательский ландшафт от группы промышленно развитых стран (G7) к группе быстро прогрессирующих азиатских стран («А‑7»). На этом фоне Россия по публикационному выходу устойчиво входит в лидирующую десятку стран.
Все большая часть мировых исследований по нанофотонике выполняется на международном уровне. При этом у разных стран свои особенности: если в Великобритании, Германии, США рост общего годового производства публикаций в последние годы полностью связан с международным сотрудничеством, то в Китае – преимущественно с внутренними исследованиями, а в России – с внутренними и международными исследованиями в равной мере.
Отечественные исследования достаточно тесно интегрированы в мировые: около 53% всех публикаций и 80% публикаций ИТМО имеют международное соавторство. Россия входит в сплоченное исследовательское сообщество с ведущими западными странами, имеет сильные соавторские связи с учеными из Австралии. В свою очередь, ИТМО, благодаря поддержке правительства, стал конкурентоспособным мировым центром исследований в области нанофотоники. Как показали расчеты, международное сотрудничество значительно повышает видимость российских публикаций.
Нанофотоника дает позитивный пример выполнения целевых индикаторов, установленных для отечественной науки, например по доле публикаций в БД Web of Science (2,44% к 2015 году, согласно указу Президента РФ № 599 от 07.05.2012 г.), по доле статей в соавторстве с иностранными учеными (29,6% к 2024 году, согласно постановлению Правительства РФ № 377 от 29.03.2019 г.); цитируемость российских публикаций по нанофотонике вплотную приблизилась к среднемировому уровню. По результатам анализа можно отметить определенную деконцентрацию исследований, а также их децентрализацию как результат целенаправленной научной политики.
Научные результаты ведущих мировых игроков все больше становятся объектом патентования, за которым стоят интересы корпоративного сектора. Поиск в БД USPTO в частности показал: если вначале изобретательский интерес больше привлекали фотонные кристаллы, то в последние годы – метаматериалы и плазмоника. К сожалению, Россия пока слабо участвует в этой игре.
REFERENCES
Editorial. The hidden face of nanophotonics. Nature Photonics. 2011; 5(7): 379. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2011.141.
Koenderink A. F., Alù A., Polman A. Nanophotonics: Shrinking light-based technology. Science. 2015; 348(6234): 516–521. DOI: 10.1126/science.1261243.
National Research Council. 2008. Nanophotonics: Accessibility and Applicability. – Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/11907.
Luukkonen T., Tijssen R. J.W., Persson O., Sivertsen G. The measurement of international scientific collaboration. Scientometrics. 1993; 28(1): 15–36. DOI: 10.1007/BF02016282.
Glanzel W. National characteristics in international scientific cooperation. Scientometrics. 2001; 51(1): 69–115. DOI:10.1023/A:1010512628145.
Global Nanophotonics Industry. ReportLinker. April 2021. [www.reportlinker.com/p05817672/Global-Nanophotonics-Industry.html?utm_source=PRN].
Приложение (поисковый запрос)
Ключевые термины:
nanophotonic*; nanoscale photonic*; nanocarbon photonic*; nanotube* photonic*; graphene* photonic*; nanobiophotonic*; bionanophotonic*; nanooptic*; subwavelength optic*; two-dimensional optic*; flat optic*; nano-optoelectronic*; near-field scanning optical microscopy; NSOM; photonic crystal*; photonic band structure*; negative-index material*; metamaterial*; metasurface*; nanoplasmonic*; plasmonics; surface plasmon*; magnetoplasmon resonance; plasmonic nanostructure*; plasmonic nanoparticle*; plasmonic nanowire*; plasmonic nanomaterial*; plasmonic meta-atom*; superlens*; nanolaser*; small laser*; plasmonic laser*; quantum dot (QD) laser*; photonic nanodevice*; photonic nanojet*; electro-optical switch*; plasmonic sensor*; plasmonic biosensor*; optical nanoantenna*; plasmonic nanoantenna*;
Фрагмент запроса (сочетание термина «photon*» с nano-терминами и термином «DNA» на расстоянии 2‑х лексических шагов):
photon* NEAR / 2 (nanostructure* or «metal nanoparticle*» or nanocrystal* or nanowire* or «semiconductor nanodot*» or «quantum* dot*» or «quantum* well*» or DNA);
Исключенные термины:
acoustic metamaterial* (metasurface*); mechanical metamaterial* (metasurface*); elastic metamaterial* (metasurface*); seismic metamaterial* (metasurface*); phononic metamaterial* (metasurface*).
Автор
Терехов Александр Иванович, к. ф.‑ м. н.; e-mail: a. i.terekhov@mail.ru; ведущий научный сотрудник, ФГБУН Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия.
ID WoS: AAJ‑1693–2021
А. И. Терехов
ФГБУН Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия
В статье анализируется развитие исследований, структура и динамика патентования научных результатов в области нанофотоники в период 2000–2020 годов. В центре внимания глобальный публикационный выход и вклад в него отдельных стран и их групп, тематическая структура исследований, показатели международной научной кооперации.
Рассмотрен внутрироссийский исследовательский ландшафт, отмечено повышение роли географической периферии и университетов в его формировании. На примере базовых направлений нанофотоники показан сдвиг интереса от фотонных кристаллов к метаматериалам (как в исследованиях, так и в патентовании). В качестве источников информации использованы: библиографическая база данных Science Citation Index Expanded (SCIE) и база данных Ведомства по патентам и товарным знакам США (USPTO).
Ключевые слова: нанофотоника, научная публикация, патент, анализ данных
Статья получена: 05.08.2021
Статья принята: 14.08.2021
Нанофотоника как фронт исследований, относящихся к взаимодействию света с материей на наношкале, появилась в начале 2000‑х годов. Драйвером роста стали открываемые новые возможности в светодиодах и солнечных батареях, биофотонной медицинской терапии и диагностике, сверхзащищенной связи и квантовой обработке информации, а также в военной сфере, например, в системах электроники на оружейных платформах, стелс-технологии и т. д. [1–3].
Ввиду отсутствия пока еще надежных экономических данных, для оценки результативности и конкурентных позиций стран в нанофотонике могут быть полезны наукометрические индикаторы. В частности, сведения о научных статьях и патентах способны дать представление о научно-технологическом заделе для ее будущих инновационных приложений. Используя библиометрические методы, мы изучим тематическую структуру исследований по нанофотонике, оценим количество и воздействие публикаций, производимых их основными участниками, проанализируем структуру международного научного сотрудничества, охарактеризуем внутрироссийский исследовательский ландшафт.
Источником информации для этого выбрана библиографическая база данных Science Citation Index Expanded (БД SCIE). Источником необходимой патентной информации для анализа послужила база данных Ведомства по патентам и товарным знакам США (БД USPTO).
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходная выборка – 77984 публикаций (типа: article, review, proceedings paper, letter) за период 2000–2020 годы – получена путем поиска в БД SCIE по ключевым терминам и их сочетаниям (см. Приложение) в полях «Заголовок» и «Ключевые слова автора». Ее данные были использованы для макро-анализа на уровне стран и их групп. Сведения о 2986 публикациях с адресом в России обеспечили более детальное изучение внутрироссийского исследовательского ландшафта, оценки вклада и научного воздействия отечественных институтов. 2539 патентов США на изобретения по базовым тематикам нанофотоники («фотонные кристаллы», «метаматериалы», «плазмоника») извлечены из БД USPTO путем поиска по ключевым терминам в названиях и резюме патентных документов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Далее приведены основные результаты анализа в соответствии с поставленными задачами.
Тематическая структура исследований
Тематический профиль отобранного массива публикаций характеризуют примерно 150 предметных категорий WoS, 20 из которых имеют более чем 1%‑й вклад. Первые пять категорий – это: оптика (~34% публикаций), прикладная физика (~32%), материаловедение, междисциплинарные труды (~26%), нанонаука и нанотехнология (~18%), техника, электротехника и электроника (~15%). Динамика тематической структуры исследований по нанофотонике в терминах предметных категорий WoS и таких базовых тематик, как фотонные кристаллы, метаматериалы и плазмоника [3], представлена на рис. 1 и 2. Рис. 1 показывает достаточно установившийся вклад двух лидирующих категорий WoS и поступательный рост материаловедческой и нанотехнологической составляющих в работах по нанофотонике. Как следует из рис. 2, этому не в последнюю очередь мог способствовать бурный рост интереса, особенно в последние годы, к метаматериалам. Ввиду важности был составлен специальный запрос для выявления биомедицинских приложений нанофотоники. Из 2621 отобранных по запросу публикаций 26,6% пришлось на долю США, 25,4% – Китая, 6,8% – Индии.
Россия с 2,2%-м вкладом лишь на 16‑м месте, что означает отсутствие специализации нашей страны в данном направлении. Интересно, что 13 публикаций по нанофотонике за 2020 год (6 статей и 7 обзоров) связаны с проблематикой COVID‑19 и посвящены главным образом применению поверхностного плазмонного резонанса для диагностики коронавируса SARS-CoV‑2 и разработки лекарственных препаратов. Среди авторов ученые из Китая, Испании, США, Великобритании, Бразилии и некоторых других стран.
В целом изучение тематической структуры публикационного массива (в том числе сочетания предметных категорий) подтверждает междисциплинарный характер нанофотоники (см. [3]).
Основные участники исследований (страны и группы стран) и их вклад
За рассматриваемый период в исследованиях по нанофотонике хотя бы минимально участвовали более ста стран. Наиболее значимый вклад (свыше 1% от общего количества публикаций) внесли 22 страны, перечисленные в табл. 1. Выделим из состава участников три сопоставимые по количеству публикаций группы стран: семерку промышленно развитых стран (США, Япония, Германия, Великобритания, Франция, Италия, Канада) – G7; семерку азиатских стран (Китай, Южная Корея, Индия, Иран, Тайвань, Сингапур, Турция) – условно «А‑7» и «Остальной мир». В соревновании групп «А‑7» не только выигрывает, обогнав в 2006 году «Остальной мир», а в 2013 году группу G7, но и определяет в последние годы мировую динамику роста количества публикаций (рис. 3). Китай, обойдя США в 2010 году, прочно закрепился на 1‑й позиции в соревновании стран; ему хватило набранных темпов, чтобы в 2018 году превзойти по количеству производимых публикаций всю группу G7 (рис. 3). Согласно табл. 1 (1‑й столбец), США, Великобритания, Канада на конец периода только сохранили свои позиции в рейтинге стран, тогда как Япония, Германия, Франция, Италия ухудшили их. Напротив, к концу периода Индия и Иран поднялись в рейтинге на 3‑е и 4‑е место соответственно, улучшили свои позиции Южная Корея и Турция, Сингапур сохранил за собой 15‑е место, и лишь Тайвань опустился на две позиции. Бурному прогрессу Китая, очевидно, способствовали целенаправленная политика руководства и усиленное финансирование науки. Важную роль в нанофотонике сыграла Оптическая долина Китая (ОДК), а также принятая в 2009 году целевая программа по привлечению в ОДК научных талантов, в том числе из-за рубежа. Общую картину своеобразного наступления Востока на Запад в исследованиях по нанофотонике дополняет тот факт, что к 2020 году публикационного вклада более 1% достигли Малайзия, Саудовская Аравия, Вьетнам, Пакистан, Египет и Бангладеш, тогда как вклад Дании, Швеции и Израиля стал ниже этого уровня.
Созданные еще в советские годы научные школы в области оптики и наноструктурированных материалов позволили России с самого начала включиться в исследования по нанофотонике. Доля ее публикаций в данной области за период 2000–2020 годы превышает ее долю в науке в целом по БД SCIE в 1,5 раза. Она устойчиво входит в Топ‑10 стран; в рейтинге 2020 г. Россия находилась между двумя членами G7: Японией и Италией (табл. 1). Более высокое место она занимает в таких горячих тематиках, как «фотонные кристаллы» (7‑е) и «метаматериалы» (8‑е).
Вклад стран можно оценивать не только с количественной, но и с качественной точки зрения, воспользовавшись показателями цитирования. На момент проведения обследования (май 2021 г.) публикации из исходной выборки были процитированы более 2,194 млн. раз.
В табл. 1 (столбец 4) приведен вклад стран в общее количество цитат. Лидируют США, за ними с большим отрывом следует Китай. Вклад Китая и России в общее количество публикаций (30,8 и 3,8% соответственно) отстает от их вклада в общее количество цитат (19,5 и 2,5% соответственно), что служит первым сигналом о низком воздействии публикаций обеих стран. Детализацию картины обеспечивает относительный показатель цитирования (ОПЦ), демонстрирующий научное влияние страны. Согласно рис. 4, публикации, производимые Китаем и Россией (за небольшим исключением), цитируются ниже среднемирового уровня, хотя в последние годы у обеих стран заметен прогресс: они обошли Японию; Китай превысил, а Россия вплотную приблизилась к среднемировому уровню цитирования. На этом фоне США и Германия в последние годы снижают свое влияние в терминах ОПЦ.
Заметим, что для Китая и России международное соавторство заметно повышало цитируемость публикаций по нанофотонике. Так, соавторские публикации Китая цитировались в среднем чаще его автономных публикаций от 1,1 до 3‑х раз в зависимости от года выхода; для России же этот показатель колебался по годам от 1,5 до 8,7 раз. Данное обстоятельство создает дополнительный интерес к изучению научного сотрудничества стран в нанофотонике.
Международное сотрудничество (соавторство)
Роль международного сотрудничества в современной науке все более возрастает. Согласно нашему расчету, доля международно-соавторских публикаций по нанофотонике выросла с 22,5% в 2007 году до 28,3% в 2020 году. Среднее число стран, ученые которых были соавторами, в расчете на одну публикацию составляло в эти же годы 2,2 и 2,4 соответственно, что, в частности, говорит о преобладании двустороннего международного партнерства в данной области. Доля международно-соавторских публикаций у стран из табл. 1 довольно различна: от 17,6% у Ирана до 70,5% у Швеции. В целом наибольшая степень интернационализации исследований характерна для европейских стран и Австралии, наименьшая – для стран из «А‑7» (исключая Сингапур). При этом среднее число стран-партнеров в соавторских публикациях разных стран варьируется слабо: в диапазоне 2,3–2,6 (табл. 1). Для России наблюдается постепенный переход к многостороннему международному сотрудничеству: если в 2000 году доля ее публикаций с соавторством ученых из трех и более стран составляла около 27% то в 2007 году – 35, в 2014 году – 37 и в 2020 году – 45%.
Проанализируем кратко соавторскую сеть 22 стран (из табл. 1), в которой отсутствуют только две соавторские связи: между Израилем и Ираном, Израилем и Турцией. Чтобы оценить силу соавторских связей для остальных 229 пар стран, рассчитаем показатель Солтона (IS). Разобьем далее совокупность полученных значений с помощью квартилей на четыре примерно равные части, которые обозначим: S1 – первую (или нижнюю – с наименьшими значениями IS), S2 – вторую, S3 – третью и, наконец, S4 – четвертую (или верхнею – с наибольшими значениями IS). В первую очередь интересны группы наиболее тесно сотрудничающих стран, поэтому рассмотрим страны со связями в S4. Наибольшее число таких связей (18) имеют США; за ними следуют Германия и Великобритания (по 11 связей), Франция (9), Испания и Швейцария (по 8), Италия и Швеция (по 7) и т. д. Среди азиатских стран в S4 больше всего связей у Китая (5) и Сингапура (4), а у Индии и Ирана их нет вообще. У России 6 связей в S4: с Германией (IS = 0,091), Австралией (0,078), Великобританией (0,051), США (0,05), Данией (0,041) и Францией (0,04). Наибольшую клику в S4 образуют 7 стран: США, Германия, Великобритания, Франция, Италия, Испания и Швейцария. Россия вместе с США, Германией, Великобританией и Францией образует в S4 максимальную клику. Если добавить связи из S3, то в S4 ∪ S3 эта пятерка стран вместе с Данией, Швецией и Нидерландами составляет наибольшую клику размера 8. Таким образом, в нанофотонике Россия входит в тесно сплоченное исследовательское сообщество с учеными из Европы и США; помимо этого у нее сильные соавторские связи и с учеными из Австралии. Рассмотрим теперь сеть в разрезе априорно выделенных групп стран: G7, «A‑7» и «Остальной мир» в лице восьми представителей из табл. 1. Согласно распределению значений показателя IS, наиболее сплоченной из них является группа G7 (~90% ее внутренних связей входит в S4 ∪ S3, причем 62% – в S4); для «Остального мира» и группы «A‑7» аналогичные показатели составляют: 75 и 29%, 24 и 5% соответственно.
Перекрестные связи групп «A‑7» и «Остального мира» с группой G7 в совокупности сильнее внутренних связей каждой из них, что более выражено для «А‑7». Учитывая, что между собой «А‑7» и «Остальной мир» связаны слабо (~88% их перекрестных связей входят в S2 ∪ S1, причем 55% – в S1), это подтверждает определенную притягательность сотрудничества с группой промышленно развитых стран. В большей степени это характерно для «А‑7», тогда как для восьми представителей «Остального мира» из табл. 1 перекрестные связи с G7 и их внутренние связи более или менее сбалансированы.
Отметим, что в 2014–2020 годах (по сравнению с 2007–2013 годами) ослабления соавторских связей России с четверкой ведущих западных стран не наблюдалось независимо от участия или неучастия в них третьей стороны. Однако по сравнению с 2000–2006 годами эти связи заметно ослабли.
Важные институциональные участники исследований: в мире и России
Мировой исследовательский ландшафт в нанофотонике определяют крупные национальные научно-организационные структуры, университеты и в значительно меньшей степени корпоративный сектор.
В числе первых, например: Китайская академия наук (4,8%; 15,7%); Национальный центр научных исследований Франции, НЦНИ (3,8%; 73,8%); Российская академия наук, РАН (2,2%; 57,5); Министерство энергетики США (1,7%; 8,6%); Национальный исследовательский совет Италии (1,3%; 38,6%); Общество Макса Планка (Германия) (1,1%; 17,4%); Высший совет по научным исследованиям (Испания) (0,9%; 30,4%); Агентство научно-технологических исследований A*STAR (Сингапур) (0,8%; 31,6%); Министерство обороны США (0,7%; 3,6%) и др. В некоторых странах (Франция, Россия) вклад этих структур в национальный публикационный выход весьма значителен, что говорит о высокой степени централизации исследований.
Тем не менее основными производителями научного знания в области нанофотоники в мире и в большинстве стран выступают университеты. Так, в первой мировой двадцатке по количеству произведенных публикаций США представляют Система Калифорнийского университета (1 573 публикации; 1‑е место), Система Техасского университета (773; 8‑е), Массачусетский технологический институт (663; 17‑е), Стэнфордский университет (607; 20‑е); Китай – Юго-восточный университет (1082; 4‑е), Нанкинский университет (918; 5‑е), Чжэцзянский университет (882; 6‑е), Университет Китайской академии наук (747; 9‑е), Хуачжунский университет науки и технологий (740; 10‑е), Университет электронных наук и технологий (707; 11‑е), Харбинский технологический университет (687; 12‑е); Университет Цинхуа (677; 13‑е), Пекинский университет (674; 14‑е), Тяньцзиньский университет (625; 19‑е); Сингапур – Наньянский технологический университет (1111; 3‑е), Национальный университет Сингапура (669; 15‑е); Индию – Система Индийских институтов технологий (1117; 2‑е); Францию – Университет Париж – Саклей (775; 7‑е); Данию – Датский технический университет (663; 16‑е); Тайвань – Национальный университет Тайваня (631; 18‑е).
В приведенном списке преобладают университеты из Азии. Однако научное влияние может быть связано не только с количеством публикуемых работ, но и с их качеством, часто измеряемым цитированием. В этом отношении заметным влиянием могут обладать менее крупные университеты. Например, из 470 публикаций по нанофотонике Имперского колледжа Лондона 90 и 14 вошли соответственно в Топ‑10% и Топ‑1% сегменты высоко цитируемых публикаций. Для Технологического института Карлсруэ (Германия) аналогичное соотношение составило 382, 72 и 10 публикаций, а для отечественного ИТМО – Университета – 457, 71 и 11 публикаций соответственно. Как правило, такие университеты активно участвуют в международном сотрудничестве: так, доля международно-соавторских публикаций Технологического института Карлсруэ, Имперского колледжа Лондона и ИТМО – Университета составила 57, 66 и 80% соответственно.
О прикладной направленности исследований может говорить участие в них представителей корпоративного сектора. В нанофотонике это такие гиганты ИКТ-отрасли, как: Nippon Telegraph Telephone Corporation (Япония) – 242 публикации; Samsung Group (Южная Корея) – 126; Thales Group (Франция) – 108; International Business Machines IBM (США) – 107; Hewlett-Packard (США) – 42 публикации. Сюда же входят компании с меньшим публикационным вкладом, например американские: Omega Optics Inc (оптические сенсоры, биосенсоры, оптические коммуникации), Lockheed Martin Corporation (авиастроение, авиакосмическая техника, судостроение), PFIZER (биофармацевтика), SensorMetrix Inc (метаматериалы, системы детектирования) и др.; китайские оптоволоконные компании из ОДК: Yangtze Optical Fiber & Cable Co. Ltd, Wuhan Research Institute of Post & Telecommunications Co. Ltd. В целом на долю корпоративного сектора в рассматриваемый период пришлось около 1,5% мировых публикаций. В публикационном выходе США эта доля составила примерно 2,2%, а Китая – менее 1%. Интересно, что даже в открытой части на долю военно-исследовательских структур этих стран пришлось больше публикаций: примерно 3,6 и 2,3% соответственно.
Охарактеризуем кратко российский исследовательский ландшафт. Табл. 2 показывает достаточно широкую географию отечественных исследований. Тем не менее на долю Москвы пришлось около 48% всех российских публикаций по нанофотонике. Это сильно контрастирует с другими столицами мира: так, доля Пекина и Лондона в национальном публикационном выходе примерно по 22%, Токио – 20, Парижа – 14, Берлина – 13%. Вклад трех городов США – Бостона, Лос-Анджелеса и Нью-Йорка – 3,4; 2,4 и 2,3%, соответственно. Условный «Центр» – Москва и Санкт-Петербург вместе с Московской и Ленинградской областями – произвел за весь период 70% всех российских публикаций.
Однако со временем производство научного знания все же распространялось, и в результате публикационный вклад «Центра» сократился с 78 в 2000–2006 годы до 65% в 2014–2020 годы.
Наряду с географической деконцентрацией имела место и децентрализация исследований. На фоне уменьшения вклада РАН (с 59 до 52% в сравниваемые периоды ) заметно вырос вес российских университетов, а отечественные лидеры – МГУ и ИТМО – заняли в мировом рейтинге университетов по количеству публикаций 21‑е и 40‑е место соответственно.
Университеты совокупно внесли больший, чем РАН, вклад в топ‑10% и топ‑1% сегменты высоко цитируемых публикаций (табл. 3). Характерно, что ИТМО, внесший максимальный вклад в эти элитные сегменты мировых публикаций по нанофотонике, имел высочайшую степень научной кооперации (международной и внутренней): лишь 7% всех работ были выполнены им автономно. Для сравнения: у Технологического института Карлсруэ и Имперского колледжа Лондона доля таких работ составляла 17 и 27% соответственно.
ИТМО сотрудничал с учеными из 39 стран и более чем 300‑х научных организаций. Его наиболее предпочтительными международными партнерами были Австралия (Австралийский национальный университет, АНУ), США (Система Техасского университета), Великобритания (Лондонский университет). Более 75% публикаций ИТМО, совместных с АНУ, выполнены учеными Международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов, созданного под руководством Ю. С. Кившаря (АНУ) и П. А. Белова (ИТМО), что говорит об успешной реализации выигранного ими в 2010 году мегагранта российского правительства. Внутри страны ИТМО активно сотрудничает с РАН и прежде всего с Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе.
Вклад отечественного корпоративного сектора в публикационный выход страны пока не превышает 1%; в исследованиях приняли участие лишь несколько малых инновационных компаний: ООО «Новые энергетические технологии» (Сколково; медицинское оборудование, лазерные технологии, солнечная энергетика); ООО НПП «Наноструктурная технология стекла» (Саратов; производство стеклянных микро- и наноструктур для применений в биомедицине и оптике); ООО «НТ-МДТ» (Зеленоград; сканирующая зондовая микроскопия); ООО «Авеста» (Троицк; лазеры и оптические системы).
Патентование научных результатов
Сигналом перехода к стадии внедрения можно считать патентование научных результатов. Динамика выдачи патентов США на изобретения по трем базовым тематикам нанофотоники показана на рис. 5. Как и в случае публикаций, сначала в тематической структуре изобретений преобладали фотонные кристаллы, однако затем изобретательский интерес сместился в пользу метаматериалов и плазмоники. 57% от общего числа патентов по трем указанным тематикам были выданы американским патентовладельцам. За ними следуют патентовладельцы из азиатских стран: Японии (~13%), Южной Кореи (~7%) и Китая (~4%). Представители России входили в состав изобретательских коллективов в шести патентах:
- «Активный фотонно-кристаллический волновод: устройство и метод» (патент № 6674949; выдан в 2004 году.). Изобретатель из Санкт-Петербурга (Россия) и трое из США, Канады и Франции; патентовладелец – Corning, Inc (США);
- «Методы, материалы и устройства плазмонной нанофотоники» (№ 6977767; 2005 год).
Изобретатель из Долгопрудного (Россия) и трое из США; патентовладелец – Arrowhead Center, Inc (США);
«Настраиваемый терагерцевый фильтр из метаматериала» (№ 8958050; 2015 год). Изобретатели из Санкт-Петербурга (Россия); патентовладелец – Samsung Electronics Co., Ltd.
(Южная Корея);
«Саморезонансный аппарат для системы беспроводной передачи энергии» (№ 9330836; 2016 год). Изобретатели из Санкт-Петербурга, Архангельска и Всеволожска (Россия), а также Южной Кореи; патентовладелец – Samsung Electronics Co., Ltd. (Южная Корея);
«Аппарат магнитно-резонансной томографии» (№ 10732237; 2020 год). Изобретатели из Санкт-Петербурга (Россия); заявитель патента – Университет ИТМО;
«Устройство и способ управления направлением распространения лазерного излучения с использованием множества наноантенн» (№ 10831082; 2020 год). Изобретатели из Тулы, Долгопрудного и Краснодара (Россия); патентовладелец – Samsung Electronics Co., Ltd. (Южная Корея).
Как видим, патентоспособные идеи российских изобретателей, не находя заинтересованности у российских высокотехнологичных компаний, утекают за рубеж.
В то же время, согласно прогнозу аналитической компании ReportLinker (Франция), мировой рынок нанофотоники (даже с учетом поправок на воздействие пандемии) достигнет к 2027 году 202 млрд. долларов; при этом среднегодовой темп роста в период 2020–2027 годов составит 37,6% [6].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Нанофотоника превратилась в последние годы в динамично растущую научную область с широким спектром технологических выходов. В глобальном научном соревновании показателен переход (с 2012 года) ключевого влияния на исследовательский ландшафт от группы промышленно развитых стран (G7) к группе быстро прогрессирующих азиатских стран («А‑7»). На этом фоне Россия по публикационному выходу устойчиво входит в лидирующую десятку стран.
Все большая часть мировых исследований по нанофотонике выполняется на международном уровне. При этом у разных стран свои особенности: если в Великобритании, Германии, США рост общего годового производства публикаций в последние годы полностью связан с международным сотрудничеством, то в Китае – преимущественно с внутренними исследованиями, а в России – с внутренними и международными исследованиями в равной мере.
Отечественные исследования достаточно тесно интегрированы в мировые: около 53% всех публикаций и 80% публикаций ИТМО имеют международное соавторство. Россия входит в сплоченное исследовательское сообщество с ведущими западными странами, имеет сильные соавторские связи с учеными из Австралии. В свою очередь, ИТМО, благодаря поддержке правительства, стал конкурентоспособным мировым центром исследований в области нанофотоники. Как показали расчеты, международное сотрудничество значительно повышает видимость российских публикаций.
Нанофотоника дает позитивный пример выполнения целевых индикаторов, установленных для отечественной науки, например по доле публикаций в БД Web of Science (2,44% к 2015 году, согласно указу Президента РФ № 599 от 07.05.2012 г.), по доле статей в соавторстве с иностранными учеными (29,6% к 2024 году, согласно постановлению Правительства РФ № 377 от 29.03.2019 г.); цитируемость российских публикаций по нанофотонике вплотную приблизилась к среднемировому уровню. По результатам анализа можно отметить определенную деконцентрацию исследований, а также их децентрализацию как результат целенаправленной научной политики.
Научные результаты ведущих мировых игроков все больше становятся объектом патентования, за которым стоят интересы корпоративного сектора. Поиск в БД USPTO в частности показал: если вначале изобретательский интерес больше привлекали фотонные кристаллы, то в последние годы – метаматериалы и плазмоника. К сожалению, Россия пока слабо участвует в этой игре.
REFERENCES
Editorial. The hidden face of nanophotonics. Nature Photonics. 2011; 5(7): 379. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2011.141.
Koenderink A. F., Alù A., Polman A. Nanophotonics: Shrinking light-based technology. Science. 2015; 348(6234): 516–521. DOI: 10.1126/science.1261243.
National Research Council. 2008. Nanophotonics: Accessibility and Applicability. – Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/11907.
Luukkonen T., Tijssen R. J.W., Persson O., Sivertsen G. The measurement of international scientific collaboration. Scientometrics. 1993; 28(1): 15–36. DOI: 10.1007/BF02016282.
Glanzel W. National characteristics in international scientific cooperation. Scientometrics. 2001; 51(1): 69–115. DOI:10.1023/A:1010512628145.
Global Nanophotonics Industry. ReportLinker. April 2021. [www.reportlinker.com/p05817672/Global-Nanophotonics-Industry.html?utm_source=PRN].
Приложение (поисковый запрос)
Ключевые термины:
nanophotonic*; nanoscale photonic*; nanocarbon photonic*; nanotube* photonic*; graphene* photonic*; nanobiophotonic*; bionanophotonic*; nanooptic*; subwavelength optic*; two-dimensional optic*; flat optic*; nano-optoelectronic*; near-field scanning optical microscopy; NSOM; photonic crystal*; photonic band structure*; negative-index material*; metamaterial*; metasurface*; nanoplasmonic*; plasmonics; surface plasmon*; magnetoplasmon resonance; plasmonic nanostructure*; plasmonic nanoparticle*; plasmonic nanowire*; plasmonic nanomaterial*; plasmonic meta-atom*; superlens*; nanolaser*; small laser*; plasmonic laser*; quantum dot (QD) laser*; photonic nanodevice*; photonic nanojet*; electro-optical switch*; plasmonic sensor*; plasmonic biosensor*; optical nanoantenna*; plasmonic nanoantenna*;
Фрагмент запроса (сочетание термина «photon*» с nano-терминами и термином «DNA» на расстоянии 2‑х лексических шагов):
photon* NEAR / 2 (nanostructure* or «metal nanoparticle*» or nanocrystal* or nanowire* or «semiconductor nanodot*» or «quantum* dot*» or «quantum* well*» or DNA);
Исключенные термины:
acoustic metamaterial* (metasurface*); mechanical metamaterial* (metasurface*); elastic metamaterial* (metasurface*); seismic metamaterial* (metasurface*); phononic metamaterial* (metasurface*).
Автор
Терехов Александр Иванович, к. ф.‑ м. н.; e-mail: a. i.terekhov@mail.ru; ведущий научный сотрудник, ФГБУН Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия.
ID WoS: AAJ‑1693–2021
Отзывы читателей
