КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-79-00206
НазваниеРезонансные наночастицы на основе дихалькогенидов переходных металлов для применений в фотонике и тераностике
Руководитель Целиков Глеб Игоревич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-708 - Лазерно-информационные технологии
Ключевые слова Дихалькогениды переходных металлов, двумерные материалы, нелинейная оптика, Ми-резонансы, резонансные наноструктуры и метаповерхности, оптическая анизотропия, фототерапия
Код ГРНТИ29.31.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на разработку лазерных технологий синтеза и изучение оптических свойств новых сферических резонансных наночастиц на основе дихалькогенидов переходных металлов - материалов с анизотропными оптическими свойствами и высоким показателем преломления. Для реализации проекта будет проведен ряд фундаментальных исследований электромагнитных резонансов в наноструктурах, изготовленных с использованием самых современных физико-химических технологических подходов. Активное развитие в фотонике получило направление, связанное с созданием диэлектрических метаматериалов, состоящих из упорядоченных массивов диэлектрических наночастиц, изготовленных, как правило, из традиционных фотонных материалов - кремний, германий и др. Однако, фиксированное значение диэлектрической проницаемости этих материалов накладывает определенные ограничения на разработку оптических приборов, работающих при строгой селективности резонансных частот. Одним из способов улучшения и расширения функциональных возможностей современных фотонных приборов является использование материалов с анизотропными диэлектрическими свойствами. Такие свойства, например, демонстрируют дихалькогениды переходных металлов (WS2, MoS2, WSe2, MoSe2 и т.д.). Многослойные дихалькогениды переходных металлов имеют диэлектрическую анизотропию за счет своего фундаментального различия между внутрислойной сильной ковалентной связью и слабым межслойным взаимодействием за счет сил Ван дер Ваальса. Диэлектрическая проницаемость вдоль слоев и перпендикулярно слоям может отличаться в несколько раз. При этом дихалькогениды переходных металлов обладают высокими значениями показателя преломления сравнимым или превышающим значения для таких «традиционных» для фотоники материалов, как германий и кремний. Это открывает возможность использовать слоистые материалы для построения резонансных нано-антенн с анизотропными оптическими свойствами, сочетающими резонансы Ми и экситонные резонансы в полупроводниковых слоях. Так, высокая локализация электромагнитного поля в условиях резонанса может обеспечить сильную связь между режимами Ми-моды наночастицы и ее экситонными резонансами, что, в свою очередь, может привести к возникновению новых оптических эффектов и к расширению прикладных возможностей диэлектрической нанофотоники.
Однако, стоит отметить, что несмотря на значительных прогресс в области дихалькогенидной нанофотоники, возникший в последнее время, задача наноструктурирования дихалькогенидов переходных металлов, остается открытой. С одной стороны, она может быть решена применением стандартных технологических подходов (таких как литография, травление ионным пучком). Однако, указанные методы обладают рядом ограничений. Так, они не позволяют создавать наночастицы дихалькогенидов переходных металлов сферической формы, в то время как на использовании резонансных сферических наночастиц основан ряд подходов в тераностике, позволяющих проводить одновременные визуализацию наночастиц в биологических тканях и терапию злокачественных образований за счёт усиленной наночастицами фототерапии. Решение может быть найдено в области лазерных методов синтеза наночастиц, таких как фемтосекундная лазерная абляция и фрагментация в жидкости.
Целью данного проекта является разработка лазерных методов синтеза сферических наночастиц из дихалькогенидов переходных металлов, а также исследование оптического отклика изготовленных наночастиц. В ходе выполнения проекта будут выполнены фундаментальные исследования по изучению взаимодействия Ми и экситонных резонансов в изготовленных сферических наночастицах из дихалькогенидов переходных металлов. Кроме того, будут изготовлены упорядоченные массивы и метаповерхности, состоящие из дихалькогенидных наночастиц. Структурные параметры наноструктур будут определены на основании теоретического моделирования. Также теоретическое моделирование будет использоваться для трактовки полученных экспериментальных результатов. Планируется изучение линейного и нелинейного оптического отклика как индивидуальных наночастиц, так и периодических массивов состоящих из этих частиц. Исследование специфики и особенности таких систем позволит расширить материальную базу нанофотонных устройств. Предлагаемые научные задачи являются абсолютно новыми. Результаты полученные в ходе выполнения проекта будут опубликованы и доложены на ведущих международных научных конференциях. Наиболее значимые результаты проекта будут также представлены на семинарах, в формате пресс-релизов информационных агентств, открытых интервью и научно популярных лекций. Планируется возможность патентования наиболее важных полученных структур, как возможных элементов новых устройств нанофотоники и интегральной оптики.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ