Международный научно-образовательный центр Физики наноструктур
Центр занимается передовыми исследованиями по широкому спектру проблем современной оптики, нанофотоники, физики конденсированного состояния и воздействия света на наноразмерные объекты, такие как квантовые точки, углеродные наноструктуры, плазмонные наночастицы. Основные рабочие направления и группы Международного научно-образовательного центра Физики наноструктур Хиральные нанокристаллы Хиральность – это одно из самых захватывающих явлений в мире природы. Хиральные соединения играют чрезвычайно важную роль в области химии, фармакологии, биологии и медицины. Новый класс хиральных нанокристаллов сейчас только формируется, но уже привлекает значительное внимание исследователей, потому что хиральность нанокристаллов может иметь огромное влияние на нанотоксикологию и нано-био-технологии. Хиральные нанокристаллы будут обладать значительно лучшей по сравнению со своими ахиральными аналогами биосовместимостью. Будет возможно встраивать их в биосистемы, играя по молекулярным "правилам". Мы уже знаем, как разделить энантиомеры нанокристаллов, мы показали, что хиральность присуща полупроводниковым нанокристаллам изначально, и теперь мы работаем над дальнейшими исследованиями различных аспектов взаимодействия хиральных нанокристаллов и биосистем. Рабочая группа: Анатолий Федоров, Александр Баранов, Юрий Гунько, Владимир Маслов Инфракрасные квантовые точки Одной из ключевых проблем современного материаловедения является создание новых функциональных материалов с улучшенными оптоэлектронными и эксплуатационными свойствами, которые могут быть целенаправленно изменены в зависимости от области их применения. Такой возможностью обладают наноструктурированные многокомпонентные материалы сочетающие в себе уникальные свойства нанообъектов разной природы, таких как ультратонкие двумерные наноматериалы (например, графен), металлические наночастицы и полупроводниковые нанокристаллы. Полупроводниковые нанокристаллы с электронными переходами в ближней инфракрасной области спектра являются перспективным материалом для многих приложений, таких как, солнечная энергетика, телекоммуникационные системы и биомедицина. В рамках наших научных проектов мы ведем исследования оптических откликов квантовых точек и нанопластин халькогенидов свинца и кадмия с оптическими переходами в диапазоне 0.8–2.0 мкм, а также гибридных систем на их основе. Эти нанокристаллы обладают уникальными свойствами, среди которых необходимо отметить эффективную мультиэкситонную генерацию, малую ширину запрещенной зоны, аномальную размерную зависимость времен затухания фотолюминесценции. Одним из направлений исследований является изучение процесса самоорганизации таких нанокристаллов и гибридных систем в упорядоченные двумерные и трехмерные ансамбли, так называемые сверхрешетки и суперкристаллы, с управляемой морфологией. Такие системы могут стать новой платформой для создания высокопроизводительных солнечных элементов и фотодетекторов. Рабочая группа: Александр Баранов, Петр Парфенов, Елена Ушакова, Александр Литвин, Юлия Громова Теоретические исследования нанокристаллов Лаборатория "Оптика квантовых наноструктур" и теоретики из других лабораторий ведут исследования по спектроскопии анизотропных и хиральных наноструктур, изучению колебательного резонанса в квантовых точках, а также свойств дву- и трехмерных суперкристаллов из квантовых точек. Рабочая группа: Анатолий Федоров, Евгений Перлин, Михаил Леонов Металлические наночастицы с плазмонными резонансами для оптоэлектроники и биомедицины В лаборатории «Фотофизика поверхности» исследуются композитные материалы, в состав которых входят наночастицы благородных металлов. Привлекательная особенность наночастиц благородных металлов состоит в том, что в колебаниях под действием внешнего электромагнитного излучения участвуют все входящие в них электроны проводимости. В результате коллективный отклик на внешнее воздействие оказывается большим, чем у других резонансных систем, а вблизи наночастицы создается область, в которой плотность энергии электромагнитного поля выше, чем в падающей волне. Помещая различные резонансные системы с полезным, но относительно слабым откликом в ближнее поле плазмонных наночастиц, можно добиться существенного увеличения поглощения, а вслед за ним и интенсивности люминесценции и ускорения протекания других процессов. Особый интерес представляют создаваемые нами композиты, включающие эпитаксиальные полупроводниковые квантовые точки в монокристаллическом арсениде галлия, которые могут быть использованы в оптоэлектронных приборах. Исследуются также композиты с органическими красителями, в том числе, образующими J-агрегаты. Исследуется возможность использования металлических наночастиц для изучения кинетики процессов в живых клетках. Рабочая группа: Тигран Вартанян, Никита Леонов, Никита Торопов, Игорь Гладских, Антон Старовойтов Гибридные наноструктуры на основе полупроводниковых квантовых нанокристаллов Основным трендом нанотехнологии сегодня является создание гибридных наноструктур, в которых уникальным образом сочетаются свойства отдельных компонентов. Гибридные наноструктуры на основе полупроводниковых квантовых нанокристаллов сегодня имеют огромный потенциал применения – от источников света, фотовольтаических элементов, фотокаталитических и сенсорных систем до применения их в качестве люминесцентных меток, доставщиков лекарственных препаратов и нового поколения фотосенсибилизаторов для тераностики онкологических заболеваний. Наша группа занимается экспериментальным исследованием процессов релаксации электронного возбуждения в гибридных наноструктурах на основе полупроводниковых квантовых нанокристаллов с участием органических молекул, графена и наночастиц диоксида титана с целью создания новых систем для сенсорных приложений и тераностики онкологических заболеваний. В биомедицинских приложениях хиральные свойства гибридных наноструктур на основе хиральных полупроводниковых квантовых нанокристаллов и молекул могут играть ключевую роль в их функциональности. Поэтому в круг наших интересов также входит изучение влияния хиральности наноструктур на их оптические и функциональные свойства в биологических средах. Рабочая группа: Анна Орлова, Владимир Маслов, Юлия Громова, Анастасия Вишератина, Кирилл Аннас, Екатерина Колесова, Иван Резник, Анастасия Баженова Структура и оптические свойства углеродных наноматериалов: наноалмазы, нанографиты, нанотрубки и графены В настоящее время класс наноуглеродных материалов включает в себя множество разнообразных структур различной размерности таких как нанографиты и наноалмазы, нанотрубки и графены. Эти материалы обладают уникальными комбинациями электрических, механических, термических, оптических и других свойств и могут быть использованы в широком спектре современных приборов для наноэлектроники и нанофотоники в качестве конверторов энергии, устройств хранения энергии, сенсоров на различные вещества, а также для создания разнообразных композитных материалов. Получение оптимальных функциональных характеристик наноуглеродных материалов, в частности люминесцентных свойств, напрямую связано с их внутренней структурой, которая может значительно меняться в зависимости от условий синтеза и дополнительной обработки. Таким образом, одним из главных преимуществ наноуглероных материалов является возможность настраивать и получать желаемые оптические свойства за счёт внесения изменений во внутреннюю структуру. Однако, в настоящее время до сих пор нет полного понимания механизмов роста наноуглеродных структур, а также зависимости их оптических характеристик от структуры. В рамках наших проектов, в сотрудничестве с лабораториями по производству люминесцирующих наноалмазов, нанографитов и графенов в США, Франции и Японии, нами проводятся исследования влияния структуры и процессов диссипации энергии в наноуглеродных материалов на их оптические свойства с использованием самой современной экспериментальной техники люминесцентной спектроскопии и микро-рамановского анализа. Рабочая группа: Александр Баранов, Кирилл Богданов, Михаил Баранов, Марианна Жуковская, Анна Волокитина
