Ученые ВлГУ смогли изменить размер и химический состав наночастиц

Исследование опубликовано в Journal of Materials Chemistry C.

Работа была поддержана Министерством науки и высшего образования РФ и Российским научным фондом.

От ВлГУ в исследованиях участвуют Антон Черников, Михаил Губин, Александр Шестериков, Кирилл Хорьков, Дмитрий Кочуев, Андрей Лексин. Научный руководитель — Алексей Прохоров. Все — ученые и преподаватели кафедры физики и прикладной математики Института прикладной математики, физики и информатики.

Дисульфид молибдена относится к классу дихалькогенидов переходных металлов — двумерных полупроводниковых кристаллов, имеющих слоистую структуру. Благодаря своим оптическим свойствам они используются в электронике и нанооптике в качестве транзисторов, биосенсоров, фотодетекторов, поляризаторов.

Наибольший интерес представляют наноразмерные структуры дихалькогенидов, однако основной способ их изготовления — нанолитография — сложный и трудоемкий. В прошлогодней работе ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ показали, что с помощью обработки лазером можно получать сферические наночастицы дихалькогенидов желаемого размера. Они лучше поглощают свет и демонстрируют высокий фототермический отклик (быстрее нагреваются от света лазера).

В новой работе ученые ВлГУ вместе с коллегами усовершенствовали этот метод. Цель — управлять не только размером частиц, но и их химическим составом. Для этого в эксперименте подбирали время воздействия лазера, меняли состав растворителя, в котором плавали частицы, измеряли спектры поглощения света и сравнивали их с результатами компьютерного моделирования.

При длительном воздействии достаточно мощного лазера на поверхности вещества происходит микровзрыв. В результате частицы вещества вылетают с поверхности. Этот процесс называется абляцией. При правильном подборе параметров лазера — мощности и длительности излучения — можно контролировать размер образующихся наночастиц.

«Исходный материал при взаимодействии с лазерным излучением и спиртовой средой превращался в наночастицы субоксида молибдена MoO3-x контролируемых размеров, проявляющие яркие экситонные свойства, которые мы впервые описали. Благодаря хорошему оборудованию нам удалось получить “мультфильм”, в котором видно, как происходит замещение серы атомами кислорода и дисульфид превращается в субоксид. Это значит, что мы знаем, в какой момент остановить реакцию, чтобы получить субоксид с заданной концентрацией тех или иных атомов, а следовательно — нужными оптическими свойствами» , — отметил доцент кафедры ФиПМ ИПМФИ ВлГУ, старший научный сотрудник МФТИ Алексей Прохоров.

Значимым результатом также стал рекордный фототермический отклик — скорость нагрева под действием лазера — промежуточной фазы оксида молибдена из-за возбуждения экситонного резонанса. Эта характеристика важна в тераностике для потенциальных молекул-мишеней, которые уничтожают раковые клетки. Точечное лазерное излучение вызывает нагрев молекулы-мишени, а та уничтожает больные клетки.

Таким образом, ученые ВлГУ вместе с коллегами предложили стратегию управления и настройки спектра оптического поглощения для наночастиц дихалькогенидов переходных металлов. Для получения частиц нужного размера необходимо отрегулировать параметры абляции. Следующий шаг — практическое применение в медицине и нанофотонике.

По информации пресс-службы  МФТИ