Международный
научно-образовательный
центр Физики Наноструктур

В Санкт-Петербурге впервые состоялась международная конференция по одной из самых актуальных направлений нанофотоники «PCNSPA Conference 2016 — Фотонные коллоидные наноструктуры: синтез, свойства и применения», организованная Международным научно-образовательным центром «Физика наноструктур» и Фондом содействия лазерной физике.

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.

Анатолий Федоров и Александр Баранов

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.

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.

«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 профессор Александр Баранов, сопредседатель программного комитета конференции.

Для участников конференции была организована экскурсия по действующим профильным лабораториям МНОЦ ФН 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. 

Международный научно-образовательный центр «Физика наноструктур» 

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. Кроме того, по итогам конференции с иностранными коллегами были достигнуты предварительные договоренности о будущем научном сотрудничестве. 

Добавим, что конференция была организована 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.

На основе материала: Редакция новостного портала Уиверситета ИТМО