Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1) Был оптимизирован синтез кристаллических наночастиц из объемных мишеней WTe2, WSe2, MoWS2, MoWSe2 с помощью фемтосекундной лазерной абляции в жидкости. При максимальной длительности эксперимента 15 мин, энергии импульса 100 мкДж и пучке, сфокусированном на поверхности кристалла, массовые концентрации наночастиц в коллоидах были: WTe2 – 0.50 мг/мл, WSe2 – 0.49 мг/мл, MoWSe2 – 0.39 мг/мл, MoWS2 – 0.28 мг/мл. Выбор растворителя играет важную роль в эксперименте. Кристаллические наночастицы MoWS2, MoWSe2 удалось получить в этаноле, при этом WTe2, WSe2 – в деионизованной воде. Коллоиды WSe2 и MoWSe2 демонстрируют высокую стабильность практически без следов агрегации при хранении в условиях окружающей среды в течение нескольких месяцев. Коллоиды WTe2 и MoWS2 оказались гораздо менее стабильными – в течение суток после синтеза коллоиды превращались в практически чистый раствор с включениями заметных глазу «хлопьев» агрегировавших частиц. Образцы, полученные непосредственно после синтеза, имеют распределение размеров от 20 до 150 нм, что типично для продуктов абляции. Максимум распределений: WTe2 – 60 нм, WSe2 – 80 нм, MoWS2 – 68 нм, MoWSe2 – 57 нм. 2) При лазерной фрагментации лазерный пучок фокусируется непосредственно в объеме коллоида, коллоид перемешивается для взаимодействия фс импульсов со всем объемом раствора. В результате фрагментации коллоидного раствора наночастиц WSe2 со средним размером частиц 80 нм в течение 5 и 15 минут наблюдалось уменьшение среднего размера частиц до 32 нм и 24 нм, соответственно. Полуширина распределения составила 20 нм и 10 нм, соответственно. Аналогичные времена фрагментации исходных коллоидов наночастиц WTe2, MoWS и MoWSe2 привели к средним размерам частиц WTe2: 30 нм и 18 нм с полуширинами распределений 14 и 6 нм, MoWS2: 42 и 22 нм с полуширинами распределений 32 нм и 19 нм, MoWSe2: 28 нм и 25 нм с полуширинами распределений 15 нм и 7 нм. Исследовано влияние фемтосекундной фрагментации пудры монослоев WSe2 на размер и кристалличность получающихся наночастиц. Суспензия монослоев в деионизованной воде с массовой концентрацией 1 мг/мл подвергалась лазерной фрагментации от 1 до 30 минут при энергии импульсов 50 мкДж. Наблюдался рост однокомпонентных наночастиц селена при одновременном умельчении частиц WSe2 для фрагментации от 5 до 10 минут. Последующая фрагментация приводит к умельчению обоих фракций наночастиц и приводит к средним размерам частиц WSe2 около 10 нм и частиц Se около 40 нм. 3) Картины электронной дифракции от наночастиц WTe2, WSe2, MoWS2, MoWSe2 подтверждают их (поли)кристалличность. Наночастицы WSe2 имеют кольца в электронной дифракции с радиусами, которые описываются межплоскостными расстояниями объемного кристалла с индексами Миллера (004), (100), (006), (104), (106), (110). Данные энергодисперсионного рентгеновского анализа показывают соотношение элементов (металл к халькогениду) 1:1.9 – 1:2.2 для ДПМ-наночастиц WTe2, WSe2, MoWS2, MoWSe2, а также 5-процентное содержание кислорода. Такое частичное окисление частиц может происходить как во время абляции из-за растворенного в среде кислорода, так и после синтеза во время подготовки образцов к измерениям. Наблюдаемое окисление коллоидных частиц не увеличивается в течение по крайней мере месяца после синтеза при хранении в закрытых 5-мл пробирках. 4) Экстинкция коллоидов MoWS2 и WSe2 имеет пики, соответствующих экситонным переходам в видимой и ближней инфракрасной областях. В случае WSe2 – это спектральные линии 780 нм, 580 нм, 500 нм, которые сохраняются в наночастицах от слоистого кристалла WSe2 как экситоны A, B, B’. В случае MoWS2 наблюдаются экситоны A (685 нм) и B (604 нм), унаследованные от кристалла MoWS2, которые также близки к соответствующим экситонам тонких пленок MoS2: A (635 нм) и B (593 нм). Измерения экстинкции WTe2 и MoWSe2 не выявили наличия специфических пиков, кривые соответствуют стандартным спектрам субволновых нерезонансных частиц, с увеличением сигнала экстинкции в коротковолновой области спектра. Диселенид вольфрама WSe2 имеет резонансное экситонное поглощение в NIR-I на ~780 нм, что определило выбор этого материала для фототермических исследований. Эксперимент был проведен на 5 длинах волн (700 нм, 780 нм, 800 нм, 900 нм, 1000 нм) для двух фракций наночастиц WSe2 с максимально отличающимися средними размерами (20 нм и 100 нм). Наночастицы 20 нм имеют более высокую эффективность фототермической конверсии (от 52% до 70%), чем 100-нм (от 38% до 53%). В области экситонного поглощения (780 нм) достигаются максимальные показатели эффективности для обеих фракций, что подтверждается численным моделированием. Численные расчеты показывают около 4-х кратно больший фототермический отклик у наночастиц WSe2 по сравнению с кремниевыми наночастицами. Для экспериментальной проверки оба коллоида были приведены к одинаковой экстинкции на длине волны 830 нм. Было подтверждено 4-х кратное увеличение фототермической конверсии в WSe2 на 830 нм по сравнению с Si (43% против 10%). Дополнительно для проверки фототермического отклика были синтезированы методом фемтосекундной абляции наночастицы TiN, Au. Рекордной эффективностью (91%) обладает TiN, далее идут WSe2 (43%), Au (41%), и Si (10%). Наночастицы из всех материалов имели размеры в пределах 30-60 нм. 5) Для сравнения экспериментальных спектров экстинкции коллоидов с теорией проводилось моделирование сечений экстинкции наночастиц в рамках теории Ми. Были исследованы три способа задания оптических свойств: гомогенизированная, изотропная и частица «ядро-оболочка». Написан код на языке MATLAB, который рассчитывает сечения экстинкции, рассеяния и поглощения наночастиц с выбранной материальной моделью и размерным распределением. Для сравнения экспериментальных данных и моделирования использовались три коллоида WSe2 со средними размерами частиц 38 нм, 48 нм и 50 нм. Выяснилось, что модель «ядро-оболочка» наилучшим образом описывает экспериментальные данные. Для исследования оптических свойств отдельных нанорезонаторов был использован метод темнопольной спектроскопии. Измерения проводились на базе оптического микроскопа с темнопольным объективом NA=0.9, 100x, подложка - кремний с оксидом 300 нм . Для частицы WSe2 диаметром 160 нм наблюдались два пика на длинах волн 640 нм и 790 нм. Численное моделирование по теории Ми для модельной частицы «ядро-оболочка» также воспроизводит их. Причина их появления – в резонансном экситонном поглощении материала WSe2, что приводит к расщеплению единого широкого пика на два. Мультипольный анализ показал, что больший пик на 640 нм состоит из вкладов электрических и магнитных диполей. Поскольку каждый из диполей в максимуме достигает как минимум единицы (в единицах геометрического сечения частицы), то суммарное рассеяние частицы на 640 нм оказывается около 3 геометрических сечений, что свидетельствует о режиме суперрассеяния. Таким образом, наночастицы WSe2 могут выступать в роли эффективных светорассеятелей для применений в микроскопии.