Семинары кластера международных лабораторий нано-биоинженерии и гибридных фотонных наноматериалов

20 и 22 февраля прошли семинары кластера лабораторий нано-биоинженерии (ЛНБИ) и гибридных фотонных наноматериалов (ЛГФН) НИЯУ МИФИ, на которых сотрудники представили свои исследования в рамках основных направлений работы кластера.

Первый семинар был посвящен работам в области резонансного взаимодействия «свет–вещество». Резонансное взаимодействие локализованного электромагнитного поля с элементарными возбуждениями среды — одна из основных областей совместных исследований ЛНБИ и ЛГФН. В зависимости от соотношения между вероятностью когерентного обмена энергией в связанной системе и обратными временами жизни возбужденного состояния в веществе и фотона в резонаторе, это взаимодействие может происходить в режимах сильной или слабой связи.

К. физ.-мат.н. Дмитрий Довженко в своем докладе “Сильная связь «свет-вещество»” рассказал о физических основах резонансного взаимодействия «свет-вещество» и условиях возникновения двух новых гибридных состояний — верхнего и нижнего поляритонов. Затем был представлен обзор имеющихся экспериментальных данных по сильной связи, в том числе полученных сотрудниками ЛНБИ и ЛГФН с помощью ранее созданного ими микрорезонатора, который можно настраивать для получения резонанса электромагнитной моды излучения и электронного или колебательного перехода молекул образца. Дальнейшие исследования в этой области будут направлены на подбор параметров электромагнитных мод резонатора для увеличения эффективности связывания при взаимодействии «свет–вещество» с целью разработки практических приложений этого явления, в частности, для управления скоростью химических реакций, изменения проводимости материалов, сенсинга и создания новых источников когерентного спонтанного излучения.

Магистрант Максим Леднев в докладе «Моделирование оптических свойств микрорезонаторов» рассмотрел вопросы математического моделирования спектральных свойств фотонных кристаллов и распределения электромагнитного поля локализованных мод перестраиваемого микрорезонатора. Были рассмотрены аналитические методы расчета, а также методы численного моделирования, проведено сравнение результатов с экспериментальными данными и предложено практическое применение построенных моделей для расчета параметров микрорезонатора для задач сильной связи.

Аспирантка Ирина Крюкова выступила с сообщением о своей работе в рамках нового проекта, финансируемого Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ), «Управление спектральными, пространственными и временными характеристиками излучения гибридных систем на основе полупроводниковых квантовых точек, флуоресцирующих в ИК-диапазоне оптического спектра, и внедренных в одномерные фотонные кристаллы из пористого кремния (2019–2021 гг.)». В рамках этого проекта в текущем году предстоит изготовить высококачественные одномерные фотонные кристаллы из пористого кремния, провести их комплексную характеризацию, а также синтезировать квантовые точки с ядрами PbS, люминесцирующие в ближнем ИК диапазоне с квантовым выходом более 50%. Были обсуждены результаты измерения удельного сопротивления и пористости образцов пористого кремния.

К.физ.-мат.н. Виктор Кривенков и магистрантка Дарья Дягилева представили доклад «Двухфотонные процессы испускания и поглощения в плазмонно-экситонных наноматериалах». Сотрудниками ЛНБИ уже проведена значительная работа по исследованию двухфотонной люминесценции квантовых точек, которая возникает в результате генерации одновременно двух экситонов при поглощении высокоэнергетического фотона (или двух фотонов подряд). Обнаружено, что квантовый выход двухфотонного излучения можно увеличить за счет взаимодействия квантовых точек с близко расположенными плазмонными (золотыми или серебряными) частицами. Целью текущих исследований является разработка таких тонкослойных гибридных плазмонно-экситонных структур, в которых этот эффект усиления двухфотонной люминесценции был бы максимален. Рассмотрены примеры возможного практического применения таких плазмонно-экситонных наноматериалов, прежде всего в области сенсинга.

Ведущий ученый ЛНБИ Игорь Набиев выступил с обзорным докладом «Немножко о сенсинге с гибридными экситонно-плазмонными системами». Исследования в этом направлении начались с работы проф. Набиева с соавторами, опубликованной еще за несколько лет до создания ЛНБИ (Wargnier, R., Baranov, A., Maslov, V., Stsiapura, V., Artemyev, M., Pluot, M., Sukhanova, A., Nabiev, I. Energy transfer in aqueous solutions of oppositely charged CdSe/ZnS core/shell quantum dots and in quantum dot-nanogold assemblies. Nano Letters, 2004, 4, 451–457) и «набравшей» на сегодня уже около трехсот ссылок. Идея применения гибридных экситонно-плазмонных систем для сенсинга основана на сильной зависимости флуоресценции такой гибридной системы от расстояния между экситонной и плазмонной частицами (например, квантовой точкой и наночастицей золота), а также взаимной ориентации их дипольных моментов. Оба эти параметра могут меняться, например, в системе, где экситонный и плазмонный компоненты соединены линкером, длина и/или конфигурация которого изменяются при взаимодействии с детектируемым веществом — например, при взаимодействии встроенного в линкер антитела с соответствующим антигеном. При этом может меняться не только интенсивность, но и длина волны флуоресценции, что особенно ценно для сенсинга. Разработки последних лет расширили потенциальные возможности сенсинга за счет использования мультиплексной детекции с помощью систем, содержащих квантовые точки с разными спектрами излучения.

Аспирантка Алена Космынцева выступила с сообщением «Исследование Ферстеровского резонансного переноса энергии между квантовыми точками и флуоресцентно-меченными олигонуклеотидами», в котором рассказала об исследовании механизмов взаимодействия биологических полимеров с наночастицами. Полученные результаты показали, что взаимодействие между квантовыми точками и олигонуклеотидами происходит и может быть отслежено по изменению эффективности переноса энергии, причем его характеристики зависят как от длины, так и от последовательности нуклеотидов в исследуемых олигонуклеотидах.

Контакты:

Директор по внешним связям М.Г. Коренкова (MGKorenkova@mephi.ru)

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Лаборатория нано-биоинженерии, 115409 Российская Федерация, Москва, Каширское шоссе, д. 31 www.lnbe.mephi.ru

Инженер А.В. Разгулина (alexandrav.korenkova@gmail.com) Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Лаборатория гибридных фотонных наноматериалов, 115409 Российская Федерация, Москва, Каширское шоссе, д. 31 http://lpnm.mephi.ru/index.php/ru/