Наноструктуры из серебра помогут создавать лекарства

Российские ученые с коллегами из других стран предложили новый метод создания наноструктур, чувствительных к поляризации света. Поляризация — это процесс, при котором волны (например, световые) становятся упорядоченными в определенном направлении. С помощью лазера исследователи из ИТМО «заставили» атомы серебряной пленки воспринимать свет только определенной поляризации.

Такие структуры могут стать основой для разработки лекарственных препаратов — они позволят распознавать молекулы, обладающие терапевтическим эффектом, за счет их различного взаимодействия с поляризованным светом. Также метод может использоваться при создании фотодетекторов, уточнили в пресс-службе Российского научного фонда.

У световой волны есть важная характеристика — электрическое поле. Оно колеблется в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света. В солнечном свете направление этих колебаний постоянно меняется во времени случайным образом — такой свет называют неполяризованным. Когда колебания становятся упорядоченными, свет называют поляризованным. Например, при линейной поляризации поле колеблется в одной фиксированной плоскости. 

В случае круговой поляризации направление колебаний непрерывно поворачивается во времени. Если «проследить» это вращение вдоль направления распространения света, оно образует спираль — как у закрученного винта или пружины. В зависимости от направления закручивания свет может быть право- или левополяризованным.

Существуют материалы, чувствительные к поляризации света. Их можно использовать для отбора молекул с определенной конфигурацией — право- или левополяризованной. Обычно такие материалы создают с помощью литографии — метода, требующего дорогостоящего оборудования и не позволяющего быстро создавать такие элементы большой площади. Поэтому ученые ищут альтернативные подходы.

Исследователи из Университета ИТМО (Санкт-Петербург) с зарубежными коллегами разработали метод создания на поверхности материалов наноструктур, чувствительных к поляризации света, с помощью лазера. За основу авторы взяли серебряные наноструктуры с частично окисленной поверхностью, на которой сформирован тонкий оксидный слой. Этот слой играет ключевую роль, поскольку облегчает перераспределение атомов серебра под действием лазерного излучения.

Затем предварительно окисленную пленку облучили лазером с круговой поляризацией — то есть светом с фиксированным направлением «закрученности» волны. Компьютерное моделирование подтвердило: свет с разным направлением поляризации создает вокруг наночастиц несимметричное распределение энергии. В результате атомы серебра достраивали наноструктуры, которые поглощают свет преимущественно только одной определенной поляризации. 

Например, если пленку облучали «правым» светом, в ней начинали преобладать частицы, чувствительные к «правой» поляризации. Таким образом с использованием одного лишь лазера ученые смогли «записать» нужную поляризацию прямо в структуру материала.

Полученный материал возможно будет использовать при создании датчиков, способных быстро и эффективно разделять молекулы в зависимости от их поляризации. Подобные устройства будут полезны при создании лекарственных молекул, а также лечь в основу биосенсоров и фотодетекторов.

«Наши результаты открывают путь к созданию недорогих и компактных поляризационных детекторов, при этом предложенный подход не требует использования дорогостоящих литографических методов. В дальнейшем мы планируем разработать фотодетектор для фотонных интегральных схем с нашим покрытием и применить предложенную технологию в оптоэлектронике», — рассказал руководитель проекта Далер Дададжанов, PhD, ведущий научный сотрудник Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Nano.