Ученые научились с помощью лазера создавать наноструктуры, различающие «закрученность» света
Ученые смогли буквально «записать» нужную поляризацию прямо в структуру материала с помощью одного лишь лазера.
Источник: Далер Дададжанов / ИТМО. Иллюстрация преобразования нечувствительных к поляризации наноструктур в чувствительные при воздействии циркулярно-поляризованным светом.
МОСКВА, 3 апреля. /Новости науки/. Ученые предложили новый и сравнительно простой способ создавать наноструктуры из серебра, которые по-разному реагируют на свет с разной поляризацией. Такие материалы в будущем могут использоваться при разработке лекарств, в биосенсорах и в более точных фотодетекторах, сообщает пресс-служба РНФ.
«Наши результаты открывают путь к созданию недорогих и компактных поляризационных детекторов, при этом предложенный подход не требует использования дорогостоящих литографических методов. В дальнейшем мы планируем разработать фотодетектор для фотонных интегральных схем с нашим покрытием и применить предложенную технологию в оптоэлектронике», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, ведущего научного сотрудника Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО Далера Дададжанова.
Чтобы понять значение работы, важно объяснить, что такое поляризация света. У световой волны есть электрическое поле, и оно может колебаться по-разному. В обычном солнечном свете направление этих колебаний постоянно меняется случайным образом, поэтому такой свет называют неполяризованным.
Но если колебания упорядочены, свет становится поляризованным. В одном случае поле колеблется в одной плоскости, а в другом — как бы непрерывно поворачивается, образуя вдоль направления движения света спираль. Такой свет называется кругово-поляризованным и может быть «правым» или «левым» — в зависимости от направления этого вращения.
Именно такая особенность света особенно важна в химии и биологии. Дело в том, что многие молекулы существуют в виде двух похожих, но не совпадающих друг с другом форм — условно «правой» и «левой». Внешне они очень похожи, но могут по-разному вести себя в живом организме. Одна форма вещества может быть лекарством, а другая — менее полезной или даже нежелательной.
Поэтому материалы, которые умеют различать поляризацию света, потенциально могут помочь быстрее распознавать такие молекулы и отделять нужные формы от ненужных. Это особенно важно для фармацевтики.
Обычно подобные поляризационно-чувствительные структуры создают с помощью литографии — сложной и дорогой технологии, которая не слишком удобна для быстрого изготовления больших площадей материала. Поэтому исследователи ищут более простые методы.
Ученые из ИТМО вместе с зарубежными коллегами предложили использовать для этого лазер. За основу они взяли серебряную пленку с частично окисленной поверхностью. На ней был сформирован тонкий оксидный слой, который, как оказалось, помогает атомам серебра перераспределяться под действием лазерного излучения.
Затем эту пленку облучили лазером с круговой поляризацией — то есть светом с определенной «закрученностью». Моделирование показало, что свет с разным направлением поляризации создает вокруг серебряных наночастиц разное распределение энергии.
Из-за этого атомы серебра начинают перестраиваться не случайно, а так, что в материале формируются наноструктуры, преимущественно поглощающие свет только одной конкретной поляризации. Например, если пленку освещали «право-закрученным» светом, в ней начинали преобладать структуры, лучше реагирующие именно на такую поляризацию.
Иными словами, ученые смогли буквально «записать» нужную поляризацию прямо в структуру материала с помощью одного лишь лазера.
По мнению исследователей, полученный материал может стать основой для сенсоров, которые будут быстрее и точнее различать молекулы с разной пространственной конфигурацией. Такие системы могут пригодиться при создании лекарственных молекул, в биосенсорах и в приборах, регистрирующих свет.
Кроме того, технология может найти применение в фотодетекторах — устройствах, которые превращают свет в электрический сигнал. Если сделать такие детекторы чувствительными к поляризации, они смогут точнее анализировать свет и работать в новых типах оптоэлектронных систем.
Исследователи подчеркивают, что главное преимущество нового подхода — его относительная простота. Он не требует сложной литографии и может оказаться более удобным для практического применения в микро- и наноэлектронике.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Nano.
«Наши результаты открывают путь к созданию недорогих и компактных поляризационных детекторов, при этом предложенный подход не требует использования дорогостоящих литографических методов. В дальнейшем мы планируем разработать фотодетектор для фотонных интегральных схем с нашим покрытием и применить предложенную технологию в оптоэлектронике», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, ведущего научного сотрудника Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО Далера Дададжанова.
Чтобы понять значение работы, важно объяснить, что такое поляризация света. У световой волны есть электрическое поле, и оно может колебаться по-разному. В обычном солнечном свете направление этих колебаний постоянно меняется случайным образом, поэтому такой свет называют неполяризованным.
Но если колебания упорядочены, свет становится поляризованным. В одном случае поле колеблется в одной плоскости, а в другом — как бы непрерывно поворачивается, образуя вдоль направления движения света спираль. Такой свет называется кругово-поляризованным и может быть «правым» или «левым» — в зависимости от направления этого вращения.
Именно такая особенность света особенно важна в химии и биологии. Дело в том, что многие молекулы существуют в виде двух похожих, но не совпадающих друг с другом форм — условно «правой» и «левой». Внешне они очень похожи, но могут по-разному вести себя в живом организме. Одна форма вещества может быть лекарством, а другая — менее полезной или даже нежелательной.
Поэтому материалы, которые умеют различать поляризацию света, потенциально могут помочь быстрее распознавать такие молекулы и отделять нужные формы от ненужных. Это особенно важно для фармацевтики.
Обычно подобные поляризационно-чувствительные структуры создают с помощью литографии — сложной и дорогой технологии, которая не слишком удобна для быстрого изготовления больших площадей материала. Поэтому исследователи ищут более простые методы.
Ученые из ИТМО вместе с зарубежными коллегами предложили использовать для этого лазер. За основу они взяли серебряную пленку с частично окисленной поверхностью. На ней был сформирован тонкий оксидный слой, который, как оказалось, помогает атомам серебра перераспределяться под действием лазерного излучения.
Затем эту пленку облучили лазером с круговой поляризацией — то есть светом с определенной «закрученностью». Моделирование показало, что свет с разным направлением поляризации создает вокруг серебряных наночастиц разное распределение энергии.
Из-за этого атомы серебра начинают перестраиваться не случайно, а так, что в материале формируются наноструктуры, преимущественно поглощающие свет только одной конкретной поляризации. Например, если пленку освещали «право-закрученным» светом, в ней начинали преобладать структуры, лучше реагирующие именно на такую поляризацию.
Иными словами, ученые смогли буквально «записать» нужную поляризацию прямо в структуру материала с помощью одного лишь лазера.
По мнению исследователей, полученный материал может стать основой для сенсоров, которые будут быстрее и точнее различать молекулы с разной пространственной конфигурацией. Такие системы могут пригодиться при создании лекарственных молекул, в биосенсорах и в приборах, регистрирующих свет.
Кроме того, технология может найти применение в фотодетекторах — устройствах, которые превращают свет в электрический сигнал. Если сделать такие детекторы чувствительными к поляризации, они смогут точнее анализировать свет и работать в новых типах оптоэлектронных систем.
Исследователи подчеркивают, что главное преимущество нового подхода — его относительная простота. Он не требует сложной литографии и может оказаться более удобным для практического применения в микро- и наноэлектронике.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Nano.
