Регистрация / Вход
Прислать материал

14.584.21.0018

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.584.21.0018
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Название доклада
Диэлектрические и гибридные наноструктуры для биофотоники
Докладчик
Петров Михаил Игоревич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследования является разработка диэлектрических и метал-диэлектрических (гибридных) наноструктур для их эффектинвого применения в биофотонике. В ходе проекта исследуются наноантенны на основе диэлектрических и гибридных нанодимеров, которые позволяют увеличивать эффективность преобразования сигнала в сигнал второй гармоники. Это позволяет добиться повышения глубины визуализации биообъектов за счет увеличения нелинейного отклика от наночастиц, используемых в качестве биомаркеров.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность исследования связана с активным развитием области биофотоники в последнее десятилетие. Биофотоника, занимающаяся вопросами исследования живых систем с помощью малоинвазивных оптических методов, сделала значительный рывок за последнее время, что отмечено создание таких направлений как флюоресцентная и сверхразрешающая микроскопия. Наши исследования направлены на повышения эффективности визуализации биообъектов и расширению возможностей методов оптической микроскопии для исследования биосистем.

Новизна наших исследований связана с разработкой нелинейных наноантенн нового типа, основанных на диэлектрических и гибридных (состоящих из диэлектрических и металлических или полупроводниковых компонент) наноструктур. Такие наноантенны позволяют увеличивать эффективность нелинейного преобразования света в энергию второй гармоники.

В отличие от существующих плазмонных систем, рассматриваемые структуры обладают значительно большей нелинейной эффективностью за счет наличия нелинейного диэлектрического материала, а также за счет эффектов антенного уcиления.
Описание исследования

В рамках исследований были применены как методы теоретического моделирования, так методы нанофабрикации, а также методы экспериментальной оптической диагностики. 

В ходе теоретического исследования были использованы методы численного моделирования оптических свойств наноструктур, а также их взаимодействия с оптическим излучением. Численные алгоритмы были реализованы с среде физического моделирования Comsol Multyphysics. Также были использованы модели, основанные на методе приближения дискретных диполей, что позволило исследовать физику взаимодействия резонансных мод наночастиц.         

В ходе этапа нанофабрикации были использованы методы лазерной абляции для создания кремниевых наночастиц. Для создания нанодимеров были использованы  1) метод укладки наночастиц с помощью микролезвия в предварительно подготовленные лунки размером в сотни нанометров; 2) метод улкадки наночастиц с помощью нано манипулятора с эффектом электростатической зарядки.

Оптические исследования были проведены с помощью темнопольной оптической микроскопии с угловым и поляризационным разрешением. Для проведения нелинейных оптических исследования также были проведены эксперименты с помощью высокомощного фемтосекундного импульсного лазера. 

Эффективная комбинация теоретических методов с методами нанофабрикации и оптической диагностики позволили разработать и создать димерные наноантенны, а также добиться новых научных результатов.  

Результаты исследования

В ходе исследований был созданы и экспериментально изучены нелиненые наноантенны на основе диэлектрических и гибридных нанодимеров размерами 300-600 нм. С помощью методом наноманицпуляции удалось создать резонансные димеры на основе наночастиц золота /титаната бария, и кремния / титаната бария. Титанат бария, обладающий нелинейной оптической восприимчивостью, является эффективным источником второй гармоники, генерация и излучения которой оказывается усиленной с помощью кремниевой или золотой (плазмонной) наночастиц, обладающих резонансами в требуемом диапазоне длин волн.

Разработана теоретическая модель описывающая рассеяния и усиление света подобными структурами, а также эффекты усиления генерации второй гармоники с помощью исследуемых наноантенн. Показано, что наличие плазмонной или кремниевой компоненты приводит к усилению генерации второй гармоники, а также к управлению направленностью генерируемого излучения.

Разработанные и созданные димерные наноантенны были исследованы с помощью методов оптической темнопольной микроскопии и определены их оптические резонансные свойства. Показана модификация резонансев отдельных наночастиц при их взаимодействии в димере.    

 

        

Практическая значимость исследования
Полученные результаты с одной стороны описывают новые фундаментальные эффекты взаимодействия резонансных мод в диэлектрических и гибридных наноантеннах, а с другой стороны показывают возможность повышения эффективность генерации нелинейного сигнала второй гармоники с помощью наноантенн. Последнее найдет применения как для повышения эффективности нелинейной визуализации биообъектов, так и для применения в телекоммуникации или для создания элементов планарной фотоники.
Постер

PosterFCP.ppt