Композитные наноструктуры для создания «лабораторий на чипе», новых устройств оптической памяти и других приложений будут разрабатываться Университетом ИТМО совместно с Университетом Жана Монне (Франция). В качестве базового элемента для наноструктур будут использоваться пористые стекла, которые в совокупности с другими веществами и под воздействием лазера образуют различные по свойствам композиты. Международная научная группа продолжит начатые в лаборатории «Лазерных микро- и нанотехнологий» исследования механизмов взаимодействия лазерного излучения с композитами, что необходимо для достижения тех или иных свойств наноструктур. Работа будет осуществляться на средства гранта Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014−2020 годы».
Идея проекта заключается в том, чтобы создать структуры, которые смогут стать функциональными элементами для устройств микро- и оптофлюидики, лабораторий типа lab-on-chip, микроаналитических систем. Оптофлюидика — это наука о том, как с помощью света можно управлять микропотоками жидкости, что перспективно в области быстрой медицинской диагностики в том числе. Примером микроаналитических систем может служить газоанализатор: это устройство, которое может детектировать те или иные вещества в воздухе, прореагировав с ними на химическом уровне за счет имеющихся в его структуре элементов. «Лаборатории на чипе» — это, упрощенно, общее название подобных систем, включающих в себя микроустройства с разными функциями.
Для создания таких структур используются фемтосекундные лазеры. Их воздействие в разных режимах позволяет получать различные наноструктуры, в которых меняются физические свойства (подробнее о действии фемтосекундных лазеров можно прочитать здесь). Благодаря этому их можно совмещать с различными веществами, получая композиты, и тем самым расширять спектр их возможного применения.
Ученые Университета ИТМО и Университета Жана Монне будут исследовать использование пористого кварцевого стекла для получения таких наноструктур. Это вещество было выбрано неслучайно. Дело в том, что кварц — это механически прочный, термически, химически и электрически стойкий материал, структуру которого очень сложно изменить. В этом смысле кварц не может подходить для создания наносистем, так как он тяжело подвергается воздействию лазера. Но пористое кварцевое стекло, наоборот, отлично для этого подходит. Эти самые микропоры можно заполнять различными веществами, а изменять конфигурацию пор стекла можно как раз с помощью лазера.
Заведующий кафедрой лазерных технологий и систем Вадим Вейко (второй справа) и сотрудники подразделения
«Чтобы это сделать, надо взять лазер, направить его на образец стекла, задать программу его движения, чтобы он выжиг в стекле поры в виде микрорешеток или каналов. При этом свойства образовавшейся трехмерной структуры будут полностью зависеть от режима лазера. В одном случае, например, под его воздействием будет образовываться микроплазма, в другом — происходить процесс уплотнения вещества. Применение пористых стекол расширяет возможности изготовления различных композитов, так как мы можем контролировать технологию их создания с помощью лазерного воздействия», — прокомментировал заведующий кафедрой лазерных технологий и систем Вадим Вейко.
Таким образом, международная научная группа также будет изучать необходимые параметры лазерного воздействия для получения тех или иных наноструктурых композитов. В этом смысле команда займется созданием новых технологий, которые будут внедряться в реальное производство. Индустриальным партнером исследований является ООО «Лазерный центр». К тому же, по условиям полученного гранта, разработки методик изготовления новых наноразмерных систем должны вестись с применением уже существующего технологического оборудования для повышения эффективности его работы.
«Кроме того, цель гранта — это проведение международных исследований, обмен опытом между двумя университетами. Французская сторона будет заниматься моделированием, а мы в основном экспериментальной работой. Вместе мы будем разрабатывать макеты экспериментальных установок для получения новых устройств для целей нанофотоники», — объяснил ассистент кафедры ЛТС Максим Сергеев.
Сейчас научные группы Университета ИТМО и Университета Жана Монне готовятся к первой совместной встрече. Субсидирование по гранту рассчитано на три года.
Источник: Официальный сайт ИТМО