Лазер помог изменить размер и химический состав наночастиц
Ученые из МФТИ, Владимирского государственного университета и МИФИ научились управлять оптическими свойствами дисульфида молибдена, контролируя размер его наночастиц и процесс изменения химического состава. Технология позволяет получить наночастицы, которые можно использовать в электронике, нанооптике, нанофотонике и медицине.
Работа опубликована в Journal of Materials Chemistry C. Дисульфид молибдена относится к классу дихалькогенидов переходных металлов — двумерных полупроводниковых кристаллов, имеющих слоистую структуру. Дихалькогениды переходных металлов отличаются высоким показателем преломления, гигантской анизотропией, а их монослои обладают прямой запрещенной зоной. Благодаря этим 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, которые лучше поглощают свет и демонстрируют высокий фототермический отклик (быстрее нагреваются от света лазера).
В новой работе физики из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами усовершенствовали метод, чтобы 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 которого частицы вещества вылетают с поверхности. Этот процесс называется абляцией. При правильном подборе параметров лазера — мощности и длительности излучения — можно контролировать размер образующихся наночастиц. Сначала ученые облучали лазером объемный кристалл дисульфида молибдена, помещенный в кювету с деионизированной водой. В результате получали наночастицы размером от 30 до 340 нанометров.
Полученные наночастицы фрагментировали. Для этого раствор с ними помещали в магнитную мешалку и в процессе перемешивания облучали лазером. После фрагментации образовывались сферические наночастицы. Чем дольше длилась фрагментация (от 10 до 40 минут), тем меньше становились частицы. Более маленькие наночастицы хуже поглощали свет, что качественно и количественно согласовывалось с теорией рассеяния света Ми. Визуально это проявлялось в изменении цвета раствора c наночастицами.
Затем было решено все операции с частицами проделать не в воде, а в растворе этанола. Полученные частицы имели четкую структуру: оболочка — ядро. Внутри ядра находились фрагменты слоев, а оболочка состояла из сплошных двух-трех слоев дисульфида молибдена. При длительной фрагментации оболочка исчезала.
При этом исследователи наблюдали изменение химического состава наночастиц с помощью рамановской спектроскопии. При дефрагментации более 60 минут метод показывал пики, соответствующие оксиду молибдена MoO3, при облучении в течение 20–60 минут — промежуточную фазу между дисульфидом молибдена и оксидом молибдена. Применив комбинацию методов энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии, физики получили фактически диафильм, показывающий, как происходило замещение серы атомами кислорода. Ученые полагают, что реакция стала возможна из-за разложения молекул этанола и повышения количества свободного кислорода в растворе.
Алексей Прохоров, старший научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ, отмечает: «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».
Еще одним значимым результатом 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.
«Следующий логический шаг — практическое применение наночастиц. В первой работе был показан сам метод получения наночастиц дисульфида молибдена, в этой — возможность их лазерной трансформации. Потенциально их можно использовать в медицине: в тераностике, а также в нанофотонике, — для создания нанолазеров с накачкой Ми-модами, по сути, нового типа Ми-нанолазеров. Сейчас задача — уменьшить дисперсность размеров частиц в растворе, а также научиться управлять соотношением размеров ядро / оболочка», — делится планами Алексей Прохоров.
Таким образом, ученые 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. Работа была поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и Российским научным фондом.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно