На Урале вырастили наночастицы металла с управляемыми свойствами

В Уральском федеральном университете вырастили наночастицы металла разной формы с управляемыми свойствами. Технология будет востребована в энергетике, биологии, медицине и многих других областях, говорят разработчики. Подробности — ​в интервью с Анатолием Зацепиным, профессором кафедры физических методов и приборов контроля качества.

— Опишите вкратце ваш метод.

— Мы использовали метод импульсной ионной имплантации. Это известная технология — пучок ионов металла ускоряется до энергии 30 кэВ, и ионы имплантируются в мишень. В качестве мишени выступала радиационно стойкая оптическая нанокерамика MgAl2O4. Для экспериментов мы взяли медный катод, его ионы формировали металлические наночастицы в приповерхностном слое. Особенность наших экспериментов заключается в том, что при определенных режимах синтеза можно получить частицы 2–10 нм, ориентированные по ходу пучка имплантируемых ионов.

— Можно так же выращивать наночастицы других металлов?

— Мы ориентируемся на возможность синтеза наночастиц металлов, характеризующихся локальным поверхностным плазмонным резонансом в области видимого спектрального диапазона. Это медь, серебро, золото.

— Что такое поверхностный плазмонный резонанс?

— Это явление, в результате которого на поверхности металла происходит поглощение электронами проводимости электромагнитного кванта. Далее возникает поверхностный плазмон — ​квант синфазного колебания электронов проводимости металла на поверхности, время жизни которого чрезвычайно мало — ​десятки, если не единицы фемтосекунд. Одна из ключевых задач плазмоники — ​конверсия поглощенной в результате резонансного процесса энергии в те виды энергии, которые мы могли бы использовать. И такие работы активно ведутся — ​например, для увеличения КПД солнечных батарей, усиления квантового выхода ап-конверсионных излучателей.

Мы рассматриваем плазмонные наночастицы как структуры, с помощью которых удастся разработать эффективные устройства однофотонных излучателей. Их можно применять в нанофотонике и наноэлектронике, при разработке квантовых компьютеров.

Плазмонные технологии — ​одно из наиболее интенсивно развивающихся направлений в нанотехнологиях и наноинженерии. Ряд факторов обуславливает мощные усилительные характеристики плазмонных наночастиц, что определяет их использование в фотонике, спинтронике, катализе и других областях. Однако стоит заметить, что наиболее мощным двигателем сейчас является биология — ​исследования, которые делают доступными плазмонные технологии. Белковые структуры во многом уникальны ввиду их строения — ​поворотов, изгибов, череды присоединенных молекул. Малейшее изменение приводит к серьезнейшим последствиям для живых организмов. Плазмоника — ​один из немногих методов, позволяющих регистрировать эти изменения, а следовательно, изучать их.

— А где применима конкретно ваша инновация?

— Потенциальные области применения метаматериалов — ​в зеленой энергетике в качестве элементов конверсии солнечного излучения в другие виды энергии, в сенсорике для повышения чувствительности приборов к малейшим изменениям диэлектрической константы среды, в катализе для усиления каталитической активности и т. д.

Плазмонные наночастицы сейчас широко используются в рамановской спектроскопии (один из наиболее популярных экспресс-методов молекулярной спектроскопии видимого и ближнего инфракрасного оптического диапазона для анализа химических и биологических субстанций. — ​«СР»). Конкретно наши результаты показывают, что можно синтезировать несферические плазмонные наночастицы в керамиках широкозонных диэлектриков. Мы уже используем это в разработке тонкопленочных оксидных материалов с квантовыми точками и корпускулярно-­фотонных технологий получения и модификации функциональных метаматериалов для плазмоники, спинтроники и нанофотоники. Синтезируем оксидные радиационно стойкие покрытия и модифицируем их плазмонными наночастицами.