Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Ракович Юрий Петрович Ирландия, Беларусь
Номер договора
14.Y26.31.0011
Период реализации проекта
2017-2021
20
Количество специалистов
80
научных публикаций
1
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Ученые лаборатории работают на стыке плазмоники и биофизики: нанотехнологии открывают широкие возможности для разработки высокоинтегрированных систем из биомолекул и специально разработанных наноструктур с комплексом новых функций, которые найдут применение в фотонике, электронике и медицине. Плазмонные наноструктуры способны значительно усиливать взаимодействие света с веществом на наноуровне за счет высокой степени локализации оптических полей. Это их свойство открывает широчайшие возможности для практического применения таких структур в самых разных областях, от наномасштабной оптической микроскопии и спектроскопии до ультра-сенсинга, а также для всех приложений, где требуется повышение оптической нелинейности.

Название проекта: Линейные и нелинейные оптические эффекты на наноуровне для создания биосенсоров новых поколений

Приоритет СНТР: а



Цели и задачи

Направление исследований: Нанотехнологии

Цель проекта: Проведение детальных исследований по взаимодействию света и вещества на наноуровне, в частности на нано-био-интерфейсе


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Проведен анализ основных механизмов взаимодействия света и вещества на нанобиоинтерфейсах, а также в режиме сильной связи.
  • Определены основные стратегии разработки фотонных и плазмонных структур, стратегии разработки гибридных наноструктур и нанозондов, основанные на комбинации квантовых излучателей (квантовых точек и молекул биологически активных красителей).
  • Разработана настраиваемая микрорезонаторная система для создания гибридных состояний «свет-вещество» и для управления химическими и биологическими свойствами молекул с помощью света. Подана заявка на патент «Способ модификации свойств молекул образца и устройство для его осуществления».
  • Разработана методика формирования гибридных наноматериалов, основанная на электростатическом взаимодействии противоположно заряженных наночастиц и молекулярных агрегатов, а также методика создания гибридных наноструктур, основанных на квантовых точках и плазмонных наночастицах, представляющих собой многослойные тонкие пленки.
  • Проведен анализ оптических эффектов, вызванных взаимодействием экситонных и плазмонных состояний в гибридных наноструктурах.
  • Показана возможность контроля величины расщепления и глубины спектрального провала за счет изменения размеров плазмонных наночастиц.
  • Изучены спектры поглощения и люминесценции гибридного материала, состоящего из полупроводниковых квантовых точек и пурпурных мембран, содержащих светочувствительный белок бактериородопсин. Определены значения эффективности Фестеровского резонансного переноса энергии, происходящего на нано-био-интерфейсе.
  • Разработаны и изучены спектральные характеристики образцов, состоящих из металлических наночастиц различного размера и формы (сферические, стержни), молекулярных J-агрегатов c высоким коэффициентом экстинкции и молекул биотина.
  • Продемонстрирована возможность контролируемой модификации формы полосы поглощения в разработанных образцах, как за счет индуцированного фотопоглощения, так и за счет эффекта расщепления Раби, который является прямым результатом взаимодействия экситонной и плазмонной систем гибридных образцов в режиме сильной связи.

Внедрение результатов исследования:

Создан микрорезонатор, состоящий из плоского и выпуклого зеркал, которые обеспечивают плоско-параллельность по крайней мере в одной точке на поверхности выпуклого зеркала, минимизируя объем моды. Настройка длины микрорезонатора с нанометровой точностью обеспечивается пьезоустройством прецизионного позиционирования. Использование этого прибора открывает новые возможности для изучения влияния эффектов сильной и слабой связи на комбинационное рассеяние, скорость химических реакций, электропроводность, лазерную генерацию, безызлучательный перенос энергии и другие физические, химические и биологические функции.

Образование и переподготовка кадров:

  • Организованы стажировки молодых ученых Лаборатории в Центр физики материалов Высшего совета по научным исследованиям Испании и в Университет Реймса Шампань-Арденн (Франция).
  • Прочитаны ведущим ученым 5 лекций в качестве приглашенного ученого на международных конференциях в России и за рубежом.
  • Проведены 9 семинаров и 1 лекция для студентов, аспирантов и сотрудников подразделения.

Организационные и инфраструктурные преобразования: Создан «кластер превосходства» из двух мегалабораторий (при участии Международной лаборатории гибридных фотонных наноматериалов и Лаборатории нано-биоинженерии НИЯУ МИФИ), специализирующихся на плазмонных и экситонных наноструктурах и их применении в оптоэлектронике и биомедицине.

Другие результаты: Проведен 2-й Международный симпозиум «Физика, техника и технологии в области биомедицины» при поддержке Министерства образования и науки РФ (2017 г.).

Сотрудничество:

  • Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Россия), Реймский университет Шампань-Арден (Франция): совместные исследовательские проекты, научные публикации, обмен научно-технической информацией и результатами научных исследований, совместные семинары, конференции, симпозиумы, обмен студентами и исследователями
  • Университет Страны Басков (Испания): совместные исследования


Скрыть Показать полностью
. Kosmyntseva A.V., Nabiev I.R., Rakovich Yu.P.
Hybrid States of Biomolecules in Strong-Coupling Regime. Nanotechnologies in Russia 12(7–8): 327–337. (2017).
Dovzhenko, D.S., Ryabchuk, S.V., Rakovich, Yu.P., Nabiev, I.R
Light-Matter Interaction in the Strong Coupling Regime: Configurations, Conditions, Applications. Nanoscale 10(8): 3589–3605 (2018).
Mochalov K.E., Vaskan I.S., Dovzhenko D.S., Rakovich Y.P., Nabiev I. A
Versatile Tunable Microcavity for Investigation of Light-Matter Interaction. Review of Scientific Instruments 89(5): 053105 (2018).
Melnikau D., Esteban R., Govyadinov A.A., Savateeva D., Simon T., Sánchez-Iglesias A., Grzelczak M., Schmidt M.K., Urban A.S, Liz-Marzán L.M., Feldmann J., Aizpurua J., Rakovich Y.P.
Linear and Nonlinear Optics of Hybrid Plexitonic Nanosystems. International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), IEEE Xplore, 1 September 2017, 1-5: 8025078 (2017).
Melnikau D., Esteban R., Govyadinov A.A, Savateeva D., Simon T., Sánchez-Iglesias A., Grzelczak M., Schmidt M.K., Urban A.S., Liz-Marzán L.M., Feldmann J., Aizpurua J., Rakovich Y.P.
“Strong Coupling Effects in Hybrid Plexitonic Systems” Third International Conference on Applications of Optics and Photonics: proceedings. SPIE 10453: 2E1-2E6 (2017).
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Светоизлучающие углеродные квантовые наноструктуры

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Нанотехнологии

Санкт-Петербург

Рогач Андрей

Германия

2018-2020

Лаборатория функциональных алюмосиликатных наноматериалов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина»

Нанотехнологии

Москва

Львов Юрий Михайлович

США, Россия

2017-2021

Международный центр лазерных технологий

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»

Нанотехнологии

Москва

Казанский Петр Георгиевич

Великобритания

2014-2018