Новости науки
«Медузы» в наномасштабе
Дата публикации: 25.11.2020
Учеными из ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в кооперации с коллегами из Австрии, Франции и Германии разработан принципиально новый подход в инженерии диэлектрических нанообъектов.
Известно, что обработка лазерными импульсами различных наноматериалов позволяет синтезировать, дефрагментировать и изменять свойства поверхности наночастиц, что имеет решающее значение во многих научных и прикладных задачах. Однако ранее эта лазерная технология позволяла трансформировать объекты только лишь с повышением внешней симметрии частиц, т.е. из объектов сложной формы было возможно получение нанообъектов шарообразной формы или близкой к ней. Авторы работы (http://link.springer.com/article/10.1007/s12274-020-3163-4) использовали пикосекундные лазерные импульсы для исследования фазовых переходов, понижения внешней симметрии и усложнения иерархии структуры апконвертирующих наночастиц NaYF4, легированных ионами редкоземельных элементов. Этот класс материалов был выбран для исследования не случайно. Такие нанокристаллы способны излучать фотоны в ультрафиолетовом/видимом/ближнем инфракрасном диапазонах спектра при возбуждении ближним инфракрасным светом, т.е. обладают эффектом апконверсии. Для этого многоквантового явления требуется низкоинтенсивное возбуждение, что во многом определяет их применения, простирающиеся от традиционных областей, например, оптических усилителей связи и твердотельных лазеров, до высокотехнологичных, включая биотехнологию, наносенсоры, солнечные элементы, фотокатализ и т.д.
Коллективу авторов впервые удалось получить «истинные» одномерные (1D) нанокристаллы, которые являются элементарными конструкционными блоками в наноиндустрии и ранее были недоступны для этого материала. Авторы отмечают, что промежуточным звеном в процессе нанотрансформации являются частицы со сложной «медузоподобной» формой, которые также могут быть использованы для развития нанофотоники. Кроме того, в работе была показана перспективность созданного подхода для бесконтактной одностадийной биоадаптации наночастиц без образования промежуточных токсичных химических соединений, что востребовано для развития наномедицины. Биофункциональные возможности апконвертирующих наночастиц были протестированы на планктонных неокеанических ракообразных организмах – водных блохах.
Авторы заключают, что в основе наблюдаемого явления лежит процесс перекристаллизации, хорошо изученный ранее на макроуровне и не известный применительно к нанокристаллам. Развитый в работе подход, основанный на синергии кристаллофизики и фотоники, открывает новое направление в синтезе неметаллических наночастиц с контролируемой морфологией, кристаллической структурой и расширенной функциональностью.
Работа частично поддержана грантами РФФИ №18-29-20064 и 20-32-70174.
