В новосибирском Академгородке прошла всероссийская конференция «Комбинационное рассеяние света — 95 лет исследований»

Учёные из Москвы, Санкт-Петербурга, Зеленограда, Екатеринбурга, Новосибирска, Красноярска, Томска, Челябинска, Сыктывкара, Владивостока и других городов обсудили результаты и достижения, полученные в области фундаментальных задач спектроскопии комбинационного рассеяния света, практические приложения и развитие метода.

Директор ИФП СО РАН академик Александр Васильевич Латышев отметил, среди основных технологий института — молекулярно-лучевая эпитаксия, один из самых прогрессивных методов, используемых при создании полупроводниковых материалов. Свойства таких материалов изучаются различными структурными, электрофизическими и оптическими методами, среди которых комбинационное рассеяние света (КРС) занимает важное место. Оно используется в физике и материаловедении, геологии и минералогии, химии и биологии, медицине, промышленности — для фундаментальных и прикладных применений. Поэтому доклады на конференции касались всех вышеперечисленных областей.

В ИФП СО РАН развитие метода КРС получило новый импульс в 2018 году при создании молодёжной лаборатории ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики под руководством заместителя директора ИФП СО РАН доктора физико-математических наук Александра Германовича Милёхина. «Для этой лаборатории мы приобрели установку нано-КРС, включающую спектрометр КРС, снабжённый оптическим микроскопом, совмещённым с атомно-силовым микроскопом. Оборудование доступно в Центре коллективного пользования «Наноструктуры» ИФП СО РАН для специалистов любых научных организаций», — сказал Александр Латышев.

Руководитель Троицкого обособленного подразделения ФИАН им. П. Н. Лебедева, заведующий кафедрой Московского педагогического государственного университета, главный научный сотрудник Института спектроскопии РАН член-корреспондент РАН Андрей Витальевич Наумов представил результаты работы большой международной коллаборации.

«Мы работаем по нескольким направлениям, сейчас плавно переходим к большим макромолекулам — биомиметическим (синтетические гибридные молекулы с заданными свойствами), похожим на природные. Мы исследуем новые объекты, которые синтезируют химики, например, сотрудничаем с научной группой академика Юлии Германовны Горбуновой. Для больших молекул нужно изучать их динамику, конфигурацию: как они взаимодействуют с окружением, какие у них внутри движения, как они поглощают свет, переизлучают его. Если молекулы люминесцируют, то наиболее продуктивный путь исследовать вышеперечисленное — внедрить молекулы в какую-то матрицу, чтобы устранить вращательные степени свободы, очень усложняющие спектр», — отметил Андрей Наумов.

Учёный пояснил, что исследования «нанодвижений» больших молекул жизненно необходимы: например, можно понять, как функционируют молекулы порфирина, входящие в состав сложных белков, таких как хлорофиллы и гемопротеины (белки, участвующие в транспортировке кислорода в организме), а значит, получить ключ к детальной расшифровке процесса фотосинтеза, к созданию эффективных природоподобных фотовольтаических устройств или решить медицинские задачи — вплоть до таргетного уничтожения злокачественных опухолей с помощью доставки правильно синтезированной молекулы и ее последующего облучения светом с нужной длиной волны.

«Другое направление нашей работы связано с полупроводниковыми квантовыми точками. Они ведут себя, как искусственные атомы и могут стать своеобразными наносенсорами, мишенями или маркерами в таргетной фотодинамической терапии, а также источниками одиночных фотонов. Квантовые точки уже применяются при изготовлении современных мониторов, светоизлучающих устройств, поэтому очень интересно разобраться с природой фотолюминесценции одиночных коллоидных квантовых точек — здесь существует большое количество моделей. Значительный вклад в решение этой проблемы внес заведующий лабораторией Института химии кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН кандидат физико-математических наук Павел Анатольевич Французов. Его модель представляет собой модель множества рекомбинационных центров, которые описывают и мерцание, и эффект спектральной диффузии. А в сотрудничестве с группой еще одного известного сибирского ученого, заведующего лабораторией Института автоматики и электрометрии СО РАН члена-корреспондента РАН Николая Владимировича Суровцева, удалось в эксперименте измерить параметры локализованных фононных состояний в полупроводниковых квантовых точках, причем данные эти получены с использованием различных методик — низкочастотного КРС и флуоресцентной спектромикроскопии», — рассказал Андрей Наумов.

Александр Германович Милёхин поделился результатами исследования разных полупроводниковых наноструктур, нано-фотолюминесценции двумерных наноструктур (монослоев дисульфила молибдена, дисульфида вольфрама), рассказал об аспектах работы методом нанофотолюминесценции для исследования нанокристаллов арсенида галлия и о комбинационном рассеянии света в режиме «щелевого» плазмона. «Сегодня есть общемировая тенденция уменьшения активных элементов электроники, поэтому интересны полупроводниковые структуры разной морфологии — нанокристаллы, нанопроволоки, наноколонны, нанолисты. При изучении этих структур с помощью комбинационного рассеяния света мы получаем усредненный фононный отклик от ансамбля наноструктур, а фононы в одиночных наноструктурах остаются неизученными. Поэтому мы постарались выработать подходы и методы для определения фононного ответа одиночных наноструктур», — пояснил ученый.

Структуры изучаются методом нано-КРС: острие атомно-силового микроскопа облучается светом лазера, на острие которого возникает локализованный поверхностный плазмон. Если в это усиленное поле поместить, например, полупроводниковый нанокристалл, органическую или биологическую наноструктуру, то сигнал от них будет настолько сильный, что превысит сигнал от окружающего лазерного пятна. Коэффициент усиления рассеянного излучения от такого объекта пропорционален четвертой степени сигнала локального поля. Преимущество метода — гигантские коэффициенты усиления сигнала от одиночных объектов и возможность картирования объектов с нанометровым пространственным разрешением, за дифракционным пределом. «Можно утверждать, что новый метод комбинационного рассеяния света становится традиционным инструментом для исследования разнообразных полупроводниковых наноструктур», — резюмировал А. Милёхин.

Главный научный сотрудник Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, профессор РАН доктор геолого-минералогических наук Андрей Викторович Корсаков отметил, что конференция дает хорошую возможность познакомиться с широким спектром задач, которые решаются разными методами и сравнить со своими целями: «Например, доклад заведующего лабораторией спектроскопии конденсированных сред ИАиЭ СО РАН, профессора РАН члена-корреспондента РАН Николая Владимировича Суровцева был посвящен спектроскопии Мандельштама-Бриллюэна и тому, как ее можно использовать для оценки модулей сдвига биологических материалов. Конечно, меня заинтересовало, можно ли имеющуюся у них аппаратуру приложить к нашим задачам. Для большинства природных объектов параметры, такие как зависимость модуля сдвига и модуля сжимаемости от температуры и давления, тоже практически неизвестны. Поскольку у нас есть коллекции с включениями в минералах, можно попытаться найти точки соприкосновения», — подчеркнул А. Корсаков.

Конференция «Комбинационное рассеяние света» эволюционировала из небольшого по численности семинара «Спектроскопия комбинационного рассеяния света», который впервые прошел в Институте автоматики и электрометрии СО РАН в 2009 году. «Безусловно, уровень конференции серьезно вырос — сформировалось большое сообщество людей, которые говорят на одном языке, им не нужно объяснять, что такое комбинационное рассеяние света, участники погружены в тему, задают глубокие, интересные вопросы. Собственно для этого конференция и создавалась, и проводилась. На первых семинарах по КРС мы делились методиками, как правильно делать измерения, проводить эксперименты. Но людей было не так много. Сейчас же приехали ученые со всей страны и доклады разноплановые — представлены были исследования разных материалов, геологических, биологических систем», — подвел итоги мероприятия А. Г. Милёхин.

Основным организатором конференции выступил Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН. Генеральный спонсор — ООО «НТ-МДТ», также симпозиум поддержали ООО «НОВА СПБ», ООО «ИНМИКРО» (Группа «ЭМТИОН»), Группа компаний «Научное оборудование».

Пресс-служба ИФП СО РАН

Источники:

В новосибирском Академгородке прошла всероссийская конференция "Комбинационное рассеяние света - 95 лет исследований" – Наука в Сибири (sbras.info), Новосибирск, 4 июля 2023.

Пресс-релиз ИФП в формате pdf