Регистрация / Вход
Прислать материал

Новые экологически чистые материалы для оптоэлектроники и микросистемной техники: дизайн и нелинейно-оптическая диагностика

Докладчик: Сигов Александр Сергеевич

Должность: ректор, главный научный сотрудник, президент МГТУ МИРЭА, ректор, президент МГТУ МИРЭА, президент

Цель проекта:
Целью данного проекта является подробное изучение и понимание механизмов нелинейно-оптических, сегнетоэлектрических и пьезоэлектрических явлений в молекулярных органических кристаллах на основе аминокислот и самоорганизованных пептидных микро- и наноструктурах, а также разработка методик изготовления и диагностики данных материалов.

Основные планируемые результаты проекта:
К планируемым результатам проекта относятся:
- Методики изготовления кристаллов на основе аминокислот.
- Методики изготовления пептидных микро- и наноструктур различной морфологии.
- Локальные и макроскопические свойства аминокислотных кристаллов в зависимости от условий изготовления.
- Нелинейно-оптические характеристики исследуемых материалов: эффективная нелинейно-оптическая восприимчивость, величины отдельных компонент тензора нелинейно-оптической восприимчивости, особенности структуры исследуемых материалов; величина пьезоэлектрического коэффициента исследуемых структур.
- Методики нелинейно-оптической диагностики органических микро- и наноструктур.

Для получения данных результатов в экспериментальных исследованиях основным подходом является сочетание сканирующей зондовой, нелинейно-оптической, люминесцентной и ближнепольной микроскопии высокого разрешения с методиками, специфичными для исследуемых объектов, в том числе - методом атомно-силовой микроскопии в пьезо-моде (микроскопии пьезо-отклика).
Пьезоэлектрический эффект будет исследоваться с использованием метода атомно-силовой микроскопии в пьезомоде. Такой метод в настоящее время считается единственно возможным для локальных измерений параметров пьезоэффекта (например, в единичных нанообъектах). Несмотря на то, что в настоящее время несколько мировых производителей комплектуют атомно-силовые микроскопы пьезоприставками, чувствительность и пространственное разрешение являются объектами отдельного тестирования. Кроме того, исследуемые материалы обладают высокой степенью неоднородности и значительным количеством поверхностных дефектов, что делает выбор рабочего режима для проведения исследований методом атомно-силовой микроскопии самостоятельной задачей исследования.
При выполнении настоящего проекта нелинейно-оптические свойства будут исследованы с высоким пространственным разрешением с использованием сканирующего нелинейно-оптического микроскопа, являющегося оригинальной (запатентованной) разработкой исполнителей проекта.
Для исследования наноэлектромеханических свойств материалов будет разрабатываться оригинальная методика на основе метода сканирующей атомно-силовой микроскопии в пьезо-моде.
Исследования структуры материалов будет производиться при помощи стандартных методик рентгеноструктурного анализа и растровой электронной микроскопии.
Для проведения моделирования планируется использование коммерчески доступных специализированных программ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты проекта будут иметь значение при разработке новых перспективных экологически чистых нелинейно-оптических и электромеханических устройств и элементов, в том числе - биосовместимых, формировании базовых физических принципов функционирования этих устройств, определении и уточнении границ их применимости. К таким устройствам относятся биосовместимые сенсоры и актюаторы в биомедицине, светоизлучающие устройства, например, фотодиоды и лазеры, солнечные батареи, и т.д. Использованные и разработанные в процессе выполнения проекта методики исследования бионаноматериалов будут представлять интерес для исследования и разработки новых материалов, имеющих потенциальное применение в указанных устройствах. Возможными потребителями полученных в ходе проекта результатов являются научно-исследовательские организации и учреждения высшего профессионального образования, занимающиеся разработкой устройств микро- и наноэлектроники нового поколения, а также подготовкой специалистов высшей квалификации.

Текущие результаты проекта:
Cовместно с иностранным партнёром проекта были исследованы нелинейно-оптические характеристики микрокристаллов на основе глицина.
Иностранным партнёром проекта была разработана методика изготовления микрокристаллов бета-глицина, которые являлись стабильными при комнатных условиях и, следовательно, были пригодны для проведения экспериментальных исследований. Нашей научной группой были проведены экспериментальные исследования нелинейно-оптических характеристик микрокристаллов гамма и бета-глицина. Исследования были проведены с использованием разработанного нашей научной группой сканирующего двухфотонного оптического микроскопа.
Были проведено нелинейно-оптическое картирование микрокристаллов гамма и бета-глицина, а также измерены поляризационные зависимости сигнала второй оптической гармоники. На основе полученных результатов, а также их аппроксимации и моделирования была оценена величина эффективной нелинейной восприимчивости микрокристаллов и вычислены отдельные компоненты тензора квадратичной нелинейной восприимчивости микрокристаллов. Было установлено, что эффективная нелинейная восприимчивость исследованных кристаллов глицина составляет около 1 пм/В.
Совместно с иностранным партнёром исследовались самоорганизованные наноструктуры на основе дипептида дифенилаланина, прежде всего - пептидные нанотрубки (ПНТ). Пептидные наноструктуры на основе дифенилаланина исследовались методом нелинейно-оптической микроскопии и микроскопии пьезоотклика. Было проведено нелинейно-оптическое картирование дифенилаланиновых наноструктур различного типа: нанотрубок и наносфер. Для нанотрубок были измерены поляризационные зависимости сигнала второй оптической гармоники. Проведено моделирование нелинейно-оптических свойств нанотрубок. На основе аппроксимации данных зависимостей была проведена оценка нелинейной оптической восприимчивости наноструктур, а также вычислены компоненты тензора квадратичной нелинейной восприимчивости данных структур.