Исследование оптических свойств гибридных металл-углеродных наноструктур и создание на их основе метаэлементов.

Project: Grant fulfilmentTotal grant fulfilment

Project Details

Description

Работа посвящена созданию кристаллических гибридных металл-углеродных наноматериалов, обладающих функцией управления светом. Гибридные наноструктуры, которые предлагаются к исследованию в данном проекте, представляют собой атомно-гладкие пластины моноклинного углерода толщиной 10 – 300 нм с внедренными биметаллическими Au-Ag наночастицами (2-5 нм). Особенностью данных гибридных наноструктур является углеродная матрица, представляющая собой новую аллотропную форму углерода, обладающую оптическим двулучепреломлением и объемным нелинейным откликом. Синтез таких уникальных структур возможен благодаря разработанной ранее методике лазерно-индуцированного осаждения. Нанопластины Au-Ag/С формируются благодаря самоорганизации атомов при разложении супрамолекулярного комплекса. Основной целью данного проекта является экспериментальное исследование линейных и нелинейных оптических свойств при возбуждении структурированными электромагнитными полями (возбуждение поляризованным светом различной конфигурации и различного модового состава) гибридных нанопластин, а также оптического отклика субволновых элементов, изготовленных из данных нанопластин.
Комбинация углеродной матрицы, обладающей собственным оптическим двулучепреломлением и нелинейностью, с биметаллическими Au-Ag нанокластерами, обладающими плазмонными свойствами и способностью усиливать электромагнитные поля, представляет собой уникальный, не имеющий до настоящего времени аналогов, и чрезвычайно перспективный материал, позволяющий существенно расширить набор оптических элементов – устройств современной нанофотоники. Под воздействием сфокусированного ионного пучка (СИП) в результате локальной фрезеровки (резки) или модификации возможно создание из гибридных металл-углеродных нанопластин так называемых метаэлементов – субволновых элементов различной геометрии и архитектуры, позволяющих осуществлять управление светом на нано-масштабе, что представляет большой интерес для применения в микро- и нанофотонике.
В качестве принимающей организации выбран институт физики света им. Макса Планка (Эрланген), а именно научная группа «Интерференционной микроскопии» под руководством профессора Герда Лёйкса (индекс Хирша 52, общее число публикаций - 652) – директора-основателя института физики света им. Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light, Erlangen, Germany). Этот научный коллектив является всемирно признанными специалистами в области создания, описания и реконструкции сложных поляризованных световых полей в наноразмерном масштабе, исследования оптических свойств индивидуальных наноструктур и устройств нанофотоники, а также разработки методов создания и исследования ансамблей наноструктур и метаповерхностей. Еще одним ценным вкладом в исследование по данному проекту внесет уникальное оборудование, которым обладает институт - спектрометр комбинационного светорассеяния с наноразмерным разрешением (TERS). Этот метод спектроскопии в совокупности с атомно-силовой микроскопией (AFM) позволит получить уникальные данные и расширит знания об исследуемых объектах.

Key findings for the project

Была проведена совместная работа по изучению оптических свойств гибридных металл-углеродных структур (флэйков). Группой химиков из СПбГУ для данного проекта было получено свыше 100 образцов, синтезированных при различных условиях (мощность и время лазерного воздействия, концентрация и тип прекурсоров и т.д.). Результаты оптического поглощения и двулучеприломления были получены с помощью микроскопического подхода матрицы Мюллера. В ходе исследования выявлена возможность управления оптическими свойствами излучения. Впервые были исследованы оптические свойства углеродных флейков, не содержащих систему металлических кластеров. За период стажировки были решены важные технические задачи. Найден оптимальный метод пробоподготовки (перенос флэйков с оригинальной подложки на покровное стекло) и маркировки индивидуальных флэйков для исследования оптических и электрических свойств (нанесение маркировочных номеров на покровное стекло с помощью лазерной литографии). Проведены первые эксперименты по измерению refractive indexи пробоподготовка для TERS. На ежегодной встрече по квантовой фотонике с группой из института Оттавы был подготовлен план работ по проекту "исследование нелинейных оптических свойсв флэйков" и подготовлены образцы для измерений. Данная стажировка позволила значительно продвинуться в исследованиях по проекту "Гибридные маталл-углеродные структуры", наладить новые контакты для сотрудничества, повысить личеую квалификацию стипендиата, а также подготовить статью к публикации (Influence of Fabrication Parameters on the Optical Properties of Hybrid Orthorhombic Carbon Flakes).
AcronymD. Mendeleev 2019
StatusNot started