Физика будущего: ведущие ученые мира обсудили перспективы применения коллоидных наноструктур

Физика будущего: ведущие ученые мира обсудили перспективы применения коллоидных наноструктур

В Санкт-Петербурге в рамках конгресса «Лазеры и фотоника» впервые состоялась международная конференция по одной из самых актуальных направлений нанофотоники «PCNSPA Conference 2016 — Фотонные коллоидные наноструктуры: синтез, свойства и применения». С докладами на конференции выступили лучшие ученые в области физики и оптики наноструктур из более десяти стран мира. Их приезд стал знаком уважения и признания высокого уровня проводимых в Университете ИТМО исследований по этому направлению. Участники конференции осмотрели современную инфраструктуру и научное оборудование Международного научно-образовательного центра «Физика наноструктур» (МНОЦ ФН) и пообщались с его сотрудниками, знакомство с которыми может стать началом дальнейшего сотрудничества. Важно, что мероприятие имело значение не только для науки, но и образования: более трети докладчиков составляли студенты и аспиранты.

На конференцию приехали ученые с очень высокими значениями h-индекса (средний индекс приглашенных докладчиков — 54.4), то есть одни из самых цитируемых исследователей в области физики и оптики наноструктур. Интерес к проводимой конференции ученых мирового класса — лучшая демонстрация признания высоких достижений Университета ИТМО в этой актуальной сфере. С докладами выступили представители Городского университета Гонконга, Берлинского технического университета, Университета Королевы Марии в Лондоне, Манчестерского университета, Белорусского государственного университета, Еврейского университета Иерусалима, Университета Страны Басков и других научно-образовательных центров.

Области применения фотонных коллоидных наноструктур могут быть самыми разнообразными: создание оптических изображений, сенсорика, лазеры, медицинская диагностика и терапия, электроника и другие. Фотонные коллоидные наноструктуры представляют собой кристаллы полупроводников, диэлектриков, металлов. Их физические и оптические свойства зависят не столько от химического состава, сколько от размера и формы. Такие объекты можно связывать с молекулами, химическими частицами и получать функциональные гетероструктуры для применения в различных областях.

Международный научно-образовательный центр «Физика наноструктур»
Международный научно-образовательный центр «Физика наноструктур»

Например, фотонные коллоидные нанокристаллы (квантовые точки, стержни и нанопластинки) сильно поглощают световое излучение и аккумулируют его в виде энергии, которая может высвобождаться в результате электронных переходов. При этом ученые могут управлять длиной волны излучения, потому что энергия перехода будет зависеть от размера наночастицы: маленькие частицы будут излучать синий свет, большие — красный, а средние — зеленый или желтый. Ранее, чтобы получить такой спектр, приходилось использовать разные материалы, а сейчас это возможно с помощью одного материала, только разных размеров.

Особый интерес в настоящее время вызывает разработка, исследование и применение «гибридных» коллоидных наноструктур, в состав которых в качестве основного компонента входят квантовые нанокристаллы. Если присоединить к люминесцирующему нанокристаллу (квантовой точке) другую наночастицу, то получится гибридная структура, в которой поглощенная квантовой точкой световая энергия может передаться этой наночастице, что приведет к исчезновению люминесценции. Если в качестве наночастицы использовать молекулы-индикаторы, спектр поглощения которых меняется при появлении в окружающей среде (воздух, вода и пр.) детектируемых молекул, то квантовая точка снова начнет интенсивно люминесцировать. Таким образом, создаваемая гибридная наноструктура будет сенсором для этого вещества. Такие наноструктуры могут быть использованы для «сенсинга» в медицине, например, при определении состава крови, в промышленности, для поиска взрывчатых вещества и других целей.

Александр Баранов
Александр Баранов

К поверхности нанокристаллов можно присоединять так называемые молекулы-линковщики, которые избирательно связываются с биоструктурами внутри человеческой клетки. В этом случае экспериментально можно запустить наночастицы в клетку, и тогда различные органеллы или химические вещества «подсветятся» разными цветами. Кроме того, можно будет определить, идет ли в клетке какая-либо биохимическая реакция. Это очень перспективная технология для диагностики, например, раковых опухолей.

Гибридные наноструктуры можно использовать и для фотовольтаических элементов — например, в солнечных батареях, где световое излучение преобразуется для генерации электрического тока. Сегодня такие устройства эффективны не на 100%, так как не поглощают и не используют свет в инфракрасном диапазоне, что обусловлено особенностями базовых элементов — германия и кремния. Однако можно создать гибридную структуру с квантовыми точками, которая будет поглощать световые волны всего спектрального диапазона. Таким образом, удастся повысить эффективность работы солнечных батарей.

Эти примеры — лишь некоторые возможности применения человеком фотонных коллоидных наноструктур. На конференции выступил директор компании по производству квантовых точек Nanoco Пол О’Брайн. Его компания - пример успешного и прибыльного использования разработки в этой области: Nanoco является поставщиком для крупнейшего производителя телевизоров на основе QLED (квантовых точек), корпорации Samsung.

Университет ИТМО. Международный научно-образовательный центр «Физика наноструктур»
Университет ИТМО. Международный научно-образовательный центр «Физика наноструктур»

«Использование гибридных наноструктур — крайне перспективное и многообещающее направление научной работы, и именно о возможностях в этой области шла речь на конференции. Однако для реализации этих возможностей требуются специалисты высокого уровня, лабораторные помещения и самое современное оборудование. В Университете ИТМО сложилась уникальная ситуация: у нас, в МНОЦ ФН имеется практически все необходимое оборудование для проведения таких исследований, включая химическую лабораторию для синтеза квантовых наноструктур», - подчеркнул сопредседатель программного комитета конференции, профессор Университета ИТМО Александр Баранов.

Для участников конференции была организована экскурсия по действующим профильным лабораториям МНОЦ Ф Н Университета ИТМО. Иностранные ученые высоко оценили не только качество оборудования, но и профессионализм сотрудников.

«Особый интерес наших гостей вызвала организационная структура МНОЦ ФН, которая включает образовательную составляющую — кафедру оптической физики и современного естествознания (ОФиСЕ), где проходят обучение студенты и аспиранты, и научную оставляющую — Центр „Информационные оптические технологии“, где выполняются научные исследования с обязательным участием студентов. Они активно подключаются к научной работе, и их бакалаврские и магистерские ВКР основаны на этих исследованиях. У нас нет лабораторных работ, в ходе которых все обучающиеся делают что-то одинаковое на одинаковом оборудовании, — все наши студенты учатся работать на уникальном научном оборудовании над конкретными исследованиями в рамках реальных научных проектов. Мы учим их писать научные статьи: сначала в русскоязычные журналы, а потом и в англоязычные. В конце обучения мы получаем компетентных молодых ученых, многие из которых остаются работать в университете», — добавил профессор Баранов.

Александр Баранов и Анатолий Федоров
Александр Баранов и Анатолий Федоров

Мероприятие имело резонанс не только среди состоявшихся ученых, но и было крайне полезным для студентов Университета ИТМО и других вузов. Они смогли узнать об актуальных разработках и методиках в своей сфере научных интересов, пообщаться с учеными мирового класса - в этом плане конференция носила образовательный характер, отметил профессор.

По итогам конференции с иностранными коллегами были достигнуты предварительные договоренности о будущем научном сотрудничестве. Кроме того, приглашенные спикеры сказали, что они приедут и на следующую конференцию, которая пройдет в 2018 году.

Добавим, что конференция была организована Университетом ИТМО при поддержке РФФИ, компаний ОПТЭК/Цейс, ЛАБТЕСТ и ряда международных научных обществ: Европейского оптического общества (EOS), Общества прикладной оптики Германии (DGaO), Общества исследования материалов Бразилии (SBPMat Brazil-MRS), Физического общества Израиля (IPS), Европейской технологической платформы Фотоника21 (Photonics21), Института физики (IOP) и других.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба