Конференция SPIE Photonics Europe проходит каждые два года в одном из городов Европы. Так, на прошлую конференцию SPIE Photonics Europe 2016 участники отправились в Брюссель (Бельгия), а для следующей конференции SPIE Photonics Europe 2020 принимающим городом вновь станет Страсбург. Конференция посвящена научным вопросам в области фотоники и оптоинформатики и поделена на несколько секций, среди которых биофотоника, нелинейная оптика, квантовые технологии и другие. Конференция включает проведение постерных секций, устные выступления, выставку новейшего оборудования в области фотоники, организованную ведущими научными центрами Европы. Организацией конференции занимается международное сообщество SPIE Europe Ltd., которое управляет признанными на мировой арене конференциями, образовательными программами и техническими выставками с новыми технологиями в области оптики и фотоники. На счету сообщества проведение таких мероприятий, как SPIE Photonics Europe, SPIE Remote Sensing, SPIE Security+Defence, SPIE Optics+Photonics и других.
Представительницы Университета ИТМО приняли участие в секции «Нанофотоника». Айсылу Камалиева участвует в постерной секции конференции SPIE Photonics Europe уже второй раз. В прошлый раз, будучи магистранткой, Айсылу представила на конференции исследование, посвященное влиянию плазмонных наноструктур на самоорганизацию органических молекул. В этот раз Айсылу презентовала исследование о реализации нового вида плазмонного нанолазера – спазера.
![Айсылу Камалиева](/news_plugs/7.png)
«Обычный лазер состоит из трех элементов: активная среда, система накачки и резонатор, который обычно представляет собой систему из двух или нескольких зеркал. Для миниатюризации мы предлагаем новый подход в реализации резонатора, функцию которого выполняет металлическая наночастица, поддерживающая плазмонные колебания (коллективное движение электронов). За счет этого, резонатор может быть окружен активной средой, в отличии от классического лазера, где среда находится между зеркалами. В качестве активной среды могут быть использованы традиционные для лазерной техники органические красители, а также полупроводниковые квантовые точки. Самое главное достижение нашей работы заключается в том, что мы смогли создать нанолазеры в виде сухой тонкопленочной структуры, которая важна для создания новых электронных устройств, в то время как наши коллеги из других научных групп разрабатывают спазер в коллоидных растворах», – объясняет аспирантка.
В будущем плазмонные нанолазеры можно будет применять при создании совершенного нового класса миниатюрных электронных устройств, а также в гибкой электронике. Благодаря малым размерам композитных структур и оптическому быстродействию, происходящих в них процессов, а также совместимости с известными технологиями, полученный результат может быть быстро внедрен в новую элементную базу для оптических компьютеров и устройств обработки данных.
Другая представительница кафедры оптической физики и современного естествознания– магистрантка Юлия Разумова представила на конференции совместный проект Международного научно-исследовательского центра «Физика наноструктур» Университета ИТМО и Псковского государственного университета.
![Айсылу Камалиева и Юлия Разумова на SPIE Photonics Europe 2018](/news_plugs/10.png)
«Наши коллеги из Пскова обладают технологией создания матриц оксида алюминия с упорядоченными цилиндрическими нанопорами, которые получают самоорганизацией при анодировании алюминия в электролите (то есть при окислении). Такие матрицы являются почти прозрачными в видимом диапазоне, обладают высокой фото- и химической стабильностью. Мы же в лаборатории занимаемся синтезом молекулярных нанокластеров из люминесцирующих красителей, которые нашли широкое применение в различных областях нанофотоники. Мы разработали технологию внедрения нанокластеров в нанопоры матрицы, после чего мы провели исследования оптических свойств полученного композитного материала. В результате исследования был обнаружен достаточно интересный эффект – перенос энергии оптического возбуждения от матрицы к нанокластерам. Оказалось, что варьируя условия анодирования алюминия, можно получить нанопоры, стенки которых имеют кислородные вакансии (такие дефекты в структуре оксида алюминия), обладающие люминесценцией в синей области спектра. Находящиеся внутри пор молекулы могут перенять это оптическое возбуждение, и тогда начинают люминесцировать уже сами нанокластеры, которые изначально светом не возбуждаются», – рассказывает студентка.
По словам Юлии Разумовой, в этом исследовании перед учеными стоит более глобальная задача – разработка применений полученных композитных материалов, поэтому уже проделанная работа, хоть и достигает большого объема, является только предварительным этапом. Тем не менее, программный комитет одной из самых престижных международных конференций SPIE Photonics Europe оценил проделанную работу и принял доклад в качестве устного выступления, несмотря на то, что студенты и аспиранты, как правило, выступают в рамках SPIE Photonics Europe лишь в постерных секциях.
Области применения рассматриваемого композита достаточно разнообразные. Самый простой способ применения – разработка оптического сенсора на различные молекулы, которые могут находиться в окружающей среде в миниатюрных количествах. Пористая структура дает свободный доступ детектируемых соединений к молекулярным нанокластерам, люминесценция которых может изменяться при таком взаимодействии. Кроме того, активированные нанопористые матрицы могут стать активными средами лазеров. Ранее в центре «Физика наноструктур» уже была проведена такая работа по получению вынужденного излучения, однако в том случае использовались мономолекулы, а не молекулярные нанокластеры, обладающие большим преимуществом. С другой стороны, периодическая структура, задаваемая матрицей для люминесцирующих включений, позволяет использовать композиты для реализации фотонных кристаллов, этаких волноводов, которые будут актуальны при создании квантовых компьютеров.
![](/news_plugs/2.png)
Вторая работа Юлии Разумовой была представлена на конференции в рамках постерной секции и посвящена созданию метода синтеза серебряных наночастиц в виде эллипсоидов, так называемых наностержней. Такие частицы демонстрируют плазмонные резонансы, обусловленные колебаниями свободных электронов. Частота этих колебаний зависит от материала, их геометрических параметров и диэлектрической проницаемости окружающего вещества. В большинстве случаев в ходе синтеза происходит формирование наиболее устойчивых с точки зрения термодинамики сферических частиц. Однако с использованием ряда синтетических подходов возможно получение несферических частиц, плазмонные резонансы которых смещены в сторону больших длин волн относительно резонансов сферических частиц в водной среде. Таким образом, для направленного синтеза частиц вытянутых форм необходимо создавать искусственно анизотропные условия роста. В своей работе Юлия представила методику опосредованного роста зародышей – синтез металлических наностержней на мицеллярных матрицах поверхностно-активных веществ.
«Формирование наностержней – нетипичный процесс. В ходе исследования мы изучили влияние различных компонентов синтеза на формирование и дальнейший рост серебряных наночастиц, а также выбрали оптимальные количества добавляемых реагентов, способствующих получению наиболее длинных наностержней. Таким образом, в ходе синтеза были получены серебряные наностержни с максимальным размером 300 нм и плазмонными резонансами, смещенными в инфракрасную область относительно мелких (10–50 нм) сферических частиц. Мы также выявили, что под воздействием внешнего возмущения, например, электрического поля, данные частицы способны выстраиваться в упорядоченные ансамбли. Наличие дипольного момента в наностержнях и использование внешнего воздействия электрического поля способствуют определенной ориентации данных частиц. Поэтому в дальнейшем планируется разработка методики для создания упорядоченных ансамблей серебряных наночастиц под воздействием электрического поля», – объясняет Юлия Разумова.
Огромный интерес к ближней инфракрасной области обусловлен не только возможностью наблюдения некоторых фундаментальных закономерностей, но и решением ряда прикладных задач. Во-первых, основные телекоммуникационные длины волн лежат в ближней инфракрасной области спектра, что, в свою очередь, обусловлено низкими потерями в кварцевых волоконно-оптических линиях связи. Во-вторых, наночастицы благородных металлов могут быть успешно применены для некоторых задач биомедицины (диагностика и терапия). Так, наностержни использовались в качестве носителей лекарств для их адресной (управляемой) доставки при лечении туберкулеза. Некоторые биологические ткани и жидкости прозрачны в ближнем инфракрасном диапазоне спектра, поэтому наночастицы, синтезированные из благородных металлов, могут быть успешно применены для диагностики и фотодинамической терапии, например, заболеваний кожи, кроме того, было доказано, что подобные частицы нетоксичны для живых организмов.