Исследовательская деятельность
Учащиеся образовательных программ привлекаются к научно-исследовательским проектам, реализуемым в Международном научно-образовательном центре Физики Наноструктур. Центр оснащенного самым современным оборудованием – мощные лазерные системы, традиционные оптические, сканирующий и электронный микроскопы, аппаратура спектрального анализа и многочисленные оптические исследовательские установки. Это оборудование позволяет научному коллективу проводить передовые научные и научно-прикладные исследования на мировом уровне по широкому спектру проблем современной оптики, спектроскопии, физики конденсированного состояния и воздействия света на наноразмерные объекты.
Центр состоит из семи международных лабораторий:
- Лаборатория «Фотофизика поверхности»
- Лаборатория «Нелинейная оптика конденсированных сред»
- Лаборатория «Моделирование и дизайн наноструктур»
- Лаборатория «Анизотропные и оптически активные наноструктуры»
- Лаборатория «Светоизлучающие углеродные квантовые наноструктуры»
- Лаборатория «Оптика квантовых наноструктур»
- Лаборатория «Гибридные наноструктуры для биомедицины»
Направления исследований
1. Хиральные нанокристаллы
иральность – 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, Мария Мухина, Евгений Кунделев
2. Инфракрасные квантовые точки
3. 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, Иван Рухленко, Михаил Леонов, Никита Тепляков, Анвар Баймуратов, Вадим Турков
4. Металлические наночастицы с плазмонными резонансами для оптоэлектроники и биомедицины
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
5. 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, Дарья Липатова, Павел Ильин
6. 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