Российские ученые создали светящиеся наноантенны

Источник света на основе наночастиц перовскита размером в несколько сотен нанометров
08.02.2018


© Пресс-служба ИТМО

В день российской науки молодые ученые Университета ИТМО (Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики) отрапортовали об успешном завершении разработки светящихся наноантенн, - они представляют собой новые источники света на основе наночастиц перовскита размером в несколько сотен нанометров.

Перовскит является редким материалом (титанат кальция), используемым в последнее время для производства электроэнергии при помощи солнечных батарей. Разработка ученых ИТМО расширяет возможности применения перовскита: новые наночастицы могут стать перспективной основой для создания компактных оптоэлектронных устройств - светодиодов или биомаркеров. Результаты исследования опубликованы в одном из ведущих журналов в области нанофотоники "Nano Letters".

Наноантенна - это миниатюрное устройство, предназначенное для излучения или приёма радиоволн. Габариты наноантенн не превышают сотен микрон. Если представить совмещение в одном миниатюрном устройстве источника света и приемника радиоволн, то открываются перспективы множества применений: уже сейчас создаются экраны высокого разрешения, ученые изучают процессы в живых клетках на молекулярном уровне, передают информацию в оптических сетях. Однако создание устройств на основе таких наноструктур осложнено тем, что материалы, которые обычно используются для наноантенн, обладают очень низкой эффективностью свечения. Получается, что нужно отдельно создавать источники света и наноантенны и затем размещать их рядом, что является технологически сложной задачей.

Сотрудники Университета ИТМО нашли способ объединить наноантенну и источник света в одной наночастице. Она может генерировать, усиливать и направлять свет. "Мы смогли сделать такие наноантенны благодаря особенностям материала - перовскита, ‒ рассказывает ведущий автор статьи Екатерина Тигунцева. ‒ Мы придумали, как получить из него наноантенны сравнительно простым и недорогим способом. Сначала мы синтезировали перовскитную пленку, а затем "напечатали" из нее наночастицы методом лазерной абляции. Иначе говоря, используя отдельные лазерные импульсы, мы как бы перенесли частицы материала с поверхности плёнки на другую подложку".

В ходе изучения полученных перовскитных наночастиц ученые обнаружили, что их излучение усиливается, если спектр излучения совпадает с так называемыми Ми-резонансами. Такие резонансы возникают при взаимодействии света со сферическими объектами размером меньше длины волны. "Особенный интерес они представляют в диэлектрических и полупроводниковых наночастицах, ─ поясняет сотрудник лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Георгий Зограф. - Перовскиты, используемые в нашей работе, также являются полупроводниками. Эффективность их свечения существенно превосходит многие материалы. При этом они не требуют специальных низкотемпературных условий за счет эффективного возбуждения экситонов, - квазичастиц, электронное возбуждение которых в полупроводнике не связано с переносом электрического заряда и массы. Нашей основной заслугой является то, что мы совместили экситоны с резонансами Ми и получили максимально эффективные источники света при комнатной температуре".

Кроме того, спектр излучения наночастиц можно менять, варьируя анионы, - то есть, отрицательно заряженные ионы в составе материала. Таким образом структура материала остается прежней, - просто используется другой компонент в процессе синтеза перовскитной пленки. Для этого не надо каждый раз адаптировать и усложнять метод. Он остается тем же, - при этом меняется цвет излучения наночастиц. Таким образом, можно говорить о впервые полученных субволновых перовскитных наноантеннах с настраиваемым спектром излучения.

Сейчас ученые Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники продолжают изучение перовскитных наночастиц с использованием других компонентов. Кроме того, в лаборатории разрабатывают новые варианты наноструктур на основе перовскита для совершенствования ультракомпактных оптических приборов и устройств передачи данных.

Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники является частью Международного научного центра нанофотоники и метаматериалов на мегафакультете фотоники, созданном в Университете ИТМО в рамках реализации Проекта 5-100. Лабораторию возглавляет 29-летний Сергей Макаров, успевший поработать в Венском техническом университете, Техасском университете Далласа и Австралийском национальном университете.

Источник: РИА Новости

Читайте другие наши материалы