Научные результаты:
Основные научные и технические выводы и результаты проведенных научных исследований включают в себя:
- Создание лаборатории мирового уровня для проведения детальных исследований по взаимодействию света и вещества на наноуровне, в частности, в нано-биоинтерфейсах;
- Теоретические основы разработки новых гибридных наноструктур на основе плазмонных наночастиц и квантовых излучателей для использования их в нанобиосенсинге с повышенной чувствительностью;
- Создание методик для подготовки и функционализации образцов, а также моделирование биосенсорных систем, работающих на принципе прямых взаимодействий функционализированных плазмонных наноструктур с аналитами, на основе гибридных нанометок, включающих плазмонные и полупроводниковые наночастицы, а также биосенсорных систем на основе плазмонных наноструктур и полупроводниковых органических J-агрегатов;
- Исследование эффекта сильной связи в гибридных наноструктурах;
- Разработка перспективных функциональных наноматериалов для энергетики и биомедицины;
- Исследование эффекта конверсии фотолюминесценции в полупроводниковых наночастицах, J-агрегатах и их гибридных наноструктурах с плазмонными наночастицами;
- Создание платформ биосенсорных систем на основании прямых взаимодействий функционализированных плазмонных наноструктур с аналитами, гибридных нанометок, включающих плазмонные и полупроводниковые наночастицы, и на основе плазмонных наноструктур и полупроводниковых органических J-агрегатов;
- Разработка прототипов биосенсорных систем на основании прямых взаимодействий функционализированных плазмонных наноструктур с аналитами, гибридных нанометок, включающих плазмонные и полупроводниковые наночастицы, а также на основе плазмонных наноструктур и полупроводниковых органических J-агрегатов;
- Создание оригинального оборудования, позволяющего осуществлять мониторинг и контроль гибридных нано-биосистем и проводить полное комплексное изучение их спектральных характеристик с помощью оптического наносенсинга;
- Организация стажировок молодых ученых, аспирантов и студентов в ведущих мировых научных центрах и университетах;
- Лицензирование и планируемое внедрение разработанных технологий индустриальным партнером проекта;
- Включение лаборатории в международную коллаборацию Европейского проекта программы Horizon-2020.
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:
Международная лаборатория гибридных фотонных наноматериалов входит в состав Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ (ИФИБ), деятельность которого направлена на решение ориентированных на практические приложения задач мирового уровня в области фундаментальной медицинской физики и инженерии в перспективах биологических и медицинских приложений. Студенты и аспиранты ИФИБ посещают лекции и семинары, организованные ведущим ученым, а Ракович Ю.П., принимает участие в регулярном международном научном семинаре ИФИБ "Инженерно-физические технологии биомедицины," ежегодном Международном симпозиуме «Инженерно-физические технологии биомедицины» и ежегодной Летней международной школе «Физика и технологии в науках о жизни».
В 2017-2019 гг. под руководством ведущего ученого Раковича Юрия Петровича проходили научно-исследовательские работы (НИРС) трех студентов магистратуры НИЯУ МИФИ. Ведущим ученым организованы две месячные стажировки студентов в Центре физики материалов города Сан-Себастиан (Испания) по теме изучения оптических свойств одиночных квантовых точек при взаимодействии с плазмонными наночастицами, а также участие студентов в летней научной школе "Exciting nanostructures: Characterizing advanced confined systems" (Бад-Хоннеф, Германия, 21-26 июля 2019).
Три студента прошли преддипломную практику на базе ЛГФН, под руководством Раковича Ю.П., они приняли участие в пяти научных конференциях, выступая с докладами по теме своей научно-исследовательской работы: VII Международной конференции по фотонике и информационной оптике (Москва, 24-26 января 2018), Международной конференции Photonic Colloidal Nanostructures: Synthesis, Properties, and Applications (Санкт-Петербург, 4-8 июня 2018), VIII Международной конференции по фотонике и информационной оптике (Москва, 23-25 января 2019), VIII Международной молодежной научной школе-конференции «Современные проблемы физики и технологий» (Москва, 15-20 апреля 2019), и 6-ой Международной школе-конференции "Saint-Petersburg OPEN 2019" по Оптоэлектронике, Фотонике, Нано- и Нанобиотехнологиям (Санкт-Петербург, 22-25 апреля 2019). Результаты работ студентов были опубликованы в двух высокорейтинговых научных журналах из первого квартиля (Q1) – Laser and Photnics Review (IF 8,53) и Journal of Physical Chemistry Letters (IF 7,329), а также в одном из ведущих отечественных журналов в области спектроскопии – Оптике и спектроскопии (Optics and spectroscopy). В результате работы, студенты приобрели навыки работы на современном спектроскопическом оборудовании, флуоресцентном микроскопе, освоили методики время-разрешенной спектроскопии, корреляционной спектроскопии и спектроскопии одиночных молекул, двухфотонной спектроскопии, а также методики подготовки тонкопленочных наноструктур. В результате, студенты с отличием защитили свои дипломные работы, выполненные под руководством ведущего ученого.
Для повышения квалификации студентов, аспирантов и сотрудников коллектива, ведущим ученым были организованы и проведены онлайн-стажировки 8 членов (план 2 члена) научного коллектива лаборатории, общая продолжительность которых составила 125 календарных дней, при плане в 60 календарных дней
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:
Для обеспечения научных контактов ведущим ученым Раковичем Ю.П. были организованы рабочие совещания с участниками проекта программы Horizon-2020, на которых обсуждались перспективы участия коллектива международной лаборатории гибридных фотонных наноматериалов в проектах программы. По результатам проведения совещаний, организации подтвердили взаимный интерес сотрудничества и в 2019 году ЛГФН была включена в Европейский проект программы Horizon-2020.
В рамках протокола о намерениях научных и деловых контактов, а также взаимовыгодного сотрудничества с Университетом Реймса Шампань-Арденн, заключенного 6 декабря 2017 г., молодой кандидат наук Кривенков В.А в 2018 году был направлен для прохождения стажировки по изучению многофотонных свойств наноматериалов, а в 2019 году молодой кандидат наук Довженко Д.С. был направлен на стажировку для выступления на научных семинарах, а также для проведения серии экспериментов по исследованию связанных экситон-плазмонных состояний на уникальной экспериментальной установке.
В 2019-2020 гг. исполнители научного коллектива ЛГФН принимали участие в реализации двух международных проектов в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 года» с участием иностранных партнеров, а именно:
«Гибридные 2D-структуры «графен–квантовые точки» с контролируемыми оптическими и фотоэлектрическими свойствами и их применение в фотовольтаике», с участием Университета Хосей, Япония. Соглашение с Минобрнауки России № 14.584.21.0032 от 22.11.2017 г. Реализация данного проекта заканчивается 31.12.2019 г.
«Высокопроизводительные многопараметрические системы детекции и характеризации полупроводниковых коллоидных нанокристаллов с улучшенными свойствами», с участием университетов стран-членов ЕС в рамках многостороннего сотрудничества в программе инициативы ЭРА-НЕТ ICENAP. Данный проект был выигран под руководством ведущего ученого Раковича Юрия Петровича - соглашение с Минобрнауки России № 05.617.21.0057 от 04.12.2019 г. Реализация данного проекта закончилась 30.09.2020 г.
Вышеперечисленные проекты с участием исполнителей гранта служат укреплением международного статуса лаборатории. Руководителями вышеуказанных проектов являются сотрудники Международной лаборатории гибридных фотонных наноматериалов – ведущий ученый, заведующий научно-исследовательской международной лабораторией гибридных фотонных наноматериалов Ракович Ю.П. и заместитель заведующего научно-исследовательской международной лабораторией гибридных фотонных наноматериалов Набиев И.Р.
