Физика наноструктурированных материалов: фундаментальные исследования и приложения в материаловедении, нанотехнологиях и фотонике

Основным направлением работы в 2022 году было проведение комплексных экспериментальных и теоретических исследований в области физики и физической химии новых функциональных наноструктурированных материалов фотоники с различной морфологией и химическим составом. Проведенные исследования заложили основы новых технологий синтеза металлических (Au, Ag, Cu, Ni) и металл-полимерных нанокомпозитов на основе протравленных полимерных трековых мембран (ТМ): тонкопленочных структур – метаповерхностей (нанопроволочных; нанотрубочных, слоевых многокомпонентных, дендритных структур; островкового и трещинного типа); магнитных жидкостей на основе коллоидных растворов нанопроволок. В рамках второго подхода осуществлена лазерно-стимулированная самосборка в сверхтекучем He4 сетчатых квази-2D наноструктурированных металлических сеток. Теоретически (FDTD-моделирование) и экспериментально исследованы механизмы возникновения «горячих» точек различного типа: «на остриях» и «в зазорах», где напряженность электрического поля может существенно возрастать, что приводит, в частности к эффекту гиперусиленного комбинационного рассеяния света (SERS). Продемонстрирована возможность усиления вплоть до 10^6 – 10^7, с подтверждением в эксперименте с органическими молекулами (4-меркаптобороновая кислота, метиленовый голубой, металлопорфирины). позволили выявить фундаментальные закономерности, связывающие условия синтеза с функциональными свойствами новых материалов, исследовать их механические и оптико-спектральные свойства, механизмы взаимодействия материалов с электромагнитным излучением. Реализованы эксперименты по тонкоструктурной лазерной спектроскопии новых материалов в диапазоне температур от криогенных (7К) до комнатной. Исследовались вновь синтезированные (HPHT и CVD) алмазы с центрами окраски, органические макромолекулы, полупроводниковые квантовые точки. Развиты новые теоретические модели, проведены аналитические расчеты и компьютерное моделирование физико-химических и фотофизических свойств функциональных наноматериалов. На основе полученных данных разработаны предложения по практическому применению новых нанокомпозитных материалов в оптических сенсорных приложениях для ультрачувствительного обнаружения и идентификации материалов в сверхнизких концентрациях, в частности для решения задач биохимии и спортивной медицины. Коллектив лаборатории вовлечен в организацию и методическое сопровождение курсов повышения квалификации учителей, популяризационных мероприятий и конкурсов, проектной работы школьников (в т.ч. в рамках проекта «Базовые школы РАН»). Результаты опубликованы в 54 публикациях, 1 монографии, зарегистрированы результаты интеллектуальной деятельности (программа для ЭВМ, патент на изобретение), подготовлена диссертация к.ф.-м.н.