Необычные квантовые точки с 0D-, 2D- и 3D-свойствами получили, совместив фактически несовместимое: наночастицы углерода с трехмерной тетраэдрической связью (как в алмазе), ученые из России и Китая, 6 октября сообщает пресс-служба Уральского федерального университета (УрФУ).

Открытие физиков из УрФУ, Института физики металлов УрО РАН и Института физики и химии материалов Нанкинского университета лесного хозяйства поможет создавать наноматериалы нового типа для изготовления сенсоров, датчиков, информационных систем и др.

Описание своего открытия ученые представили в статье «Необычные двумерные алмазоподобные углеродные наноточки, полученные из нанотрубок: атомная структура, электронные состояния и фотонные свойства», опубликованной в журнале Royal Society of Chemistry британского королевского общества по химии.

Соавтор статьи, руководитель лаборатории «Гибридные технологии и метаматериалы» УрФУ Анатолий Зацепин пояснил:

«Научная новизна и суть работы состоят в том, что, используя исходный материал двух типов — однослойные и многослойные нанотрубки из графена — и технологию лазерной абляции (дробление материала под действием лазерного излучения), мы получили наночастицы углерода с трехмерной связью, как в алмазе. При этом точки имеют плоскую 2D-структуру. Это крайне необычный эффект, совершенно иной характер связи по сравнению с подобными наночастицами на основе графена».

Тогда как обычные 2D-структуры состоят из одного слоя атомов углерода, новые точки способствовали формированию нескольких слоев, которые создали решетку, подобную алмазной. При этом новая структура приобрела положительные свойства трех различных размерностей: 2D-структур, 0D-структур (собственно квантовые точки), и алмазоподобных 3D-структур.

Такие наноточки позволят получать углеродные наноматериалы нового типа, перспективные для производства электронных, фотонных, оптических, комбинированных оптоэлектронных компонентов, устройств, датчиков, сенсоров, используемых в информационных системах, а также в биологии и медицине.

«Полученные нами квантовые точки обеспечат ускорение обработки большого массива данных, высокоскоростное управление измерительными приборами и техническими устройствами. Особую актуальность это имеет для космической техники, в квантовых технологиях, при разработке датчиков и сенсорных устройств, в биомедицине», — добавил Анатолий Зацепин.

Ученые сообщают, что у квантовых точек хорошая совместимость с тканями человеческого организма, что позволяет использовать их для диагностики и терапии различных заболеваний, например, в качестве маркеров и биосенсоров для выявления и визуализации раковых опухолей. Вводить их в организм человека можно в виде суспензий, и, доставив до больного органа, осуществлять лечение методом фотонной терапии.

Исследование новых квантовых точек было проведено с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, электронной микроскопии и оптической и люминесцентной спектроскопии в лабораториях Уральского центра коллективного пользования (УЦКП) «Современные нанотехнологии» УрФУ.

«Из двух типов нанотрубок были созданы два типа алмазоподобных наночастиц, отличающихся электронной структурой и фотонными свойствами. В частности, оказалось, что их люминесценция может варьироваться от ультрафиолета до ближнего инфракрасного спектрального диапазона, имея все промежуточные значения», — рассказала соавтор исследований, старший научный сотрудник УЦКП «Современные нанотехнологии» УрФУ Виктория Пряхина.

Это свойство позволяет настраивать спектр излучения данных квантовых точек в очень широком диапазоне с помощью изменения размера наночастиц, которого можно добиться, варьируя режимы лазерной абляции, уточнила Виктория Пряхина.

Сотрудники лаборатории намерены и дальше развивать это направление, изменяя режимы лазерной абляции, чтобы получить функциональные метаматериалы с новыми углеродными квантовыми точками.

Напомним, квантовыми точками называют наноразмерные полупроводниковые частицы, оптические и электронные свойства которых подчиняются законам квантовой механики.