Сотрудники НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы», созданной в Казанском федеральном университете в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030», разработали оптический сенсор, позволяющий детектировать температуру кристаллизации и плавления наноразмерных полимеров.

Научная работа проводилась в рамках поддержанного Российским научным фондом проекта «Синтез и исследование нового класса нанокомпозитной керамики с вырожденной диэлектрической проницаемостью для оптоплазмоных приложений», которым руководит профессор кафедры оптики и нанофотоники Института физики Казанского федерального университета Сергей Харинцев.

«Ранее мы занимались развитием технологии управляемого оптического нагрева наноструктур в широком диапазоне температур от 20°C до 3000°C, поэтому смогли разработать оптический сенсор, с помощью которого можно изучать процессы плавления, кристаллизации и стеклования пространственно-ограниченных (нано-размерных) материалов», – рассказал Сергей Сергеевич.

Данные исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале The Journal of Physical Chemistry Letters. Главный научный результат работы ученых КФУ представлен на обложке журнала.

«Оптический сенсор – это плазмонная тугоплавкая метаповерхность, состоящая из упорядоченного массива цилиндрических TiN:Si-наноантенн, – объясняет  С.Харинцев. – Сканируя сфокусированным лазерным лучом по упорядоченным наноантеннам, можно последовательно их разогревать до заданной температуры меньше чем за одну микросекунду. Температурный диапазон оптического нагрева регулируется либо геометрическим размером кремниевого цилиндра, либо коэффициентом оптического поглощения TiN-наноантенны. С помощью такого устройства можно создавать субволновые температурные профили».

Как сообщил ученый, разработанный в КФУ подход будет использован для развития высокотемпературного метода гигантского комбинационного рассеяния света и разработки термоуправляемых светодиодов высокой мощности.

«Наш мета-сенсор может быть применен для решения целого ряда прорывных междисциплинарных задач, таких как тепловое сверхлинзирование, аналоговые вычисления на тепловых метаповерхностях, термооптический нанокатализ, модуляция нейрофизиологической активности, оптическое термоциклирование для ПЦР и 3D-термооптический нанопринтинг с точностью  более100 нанометров», – пояснил физик.

Он также отметил, что принимавшая участие в исследованиях аспирант 4 года обучения Института физики КФУ Елена Черных успешно защитила кандидатскую диссертацию «Определение температуры стеклования наноразмерных полимеров с помощью методов термолазмоники и сканирующей зондовой микроскопии».

Кроме того, учеными был получен патент на изобретение «Способ детектирования температуры стеклования наноразмерных полимерных материалов и термоплазмонный нагреватель для реализации способа».