Международная лаборатория гибридных фотонных наноматериалов

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