фундаментальные исследования

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Нанофотоника, наука об оптических характеристиках материалов, построенных из частиц наноразмерных масштабов, — новая бурно развивающаяся область исследований. Очевидно, что результаты, полученные нанофотоникой, могут стать основой для будущих информационных технологий, поскольку они позволят создавать информационные системы из элементов более миниатюрных и работающих на более высоких частотах, чем используемые сегодня.

В нанофотонике можно выделить два направления исследований. Первое связано с изучением процессов, инициированных в веществе при возбуждении пучком света, сфокусированным до нанометровых размеров. При этом сам объект исследования может иметь достаточно протяженные размеры (больше, чем длина волны возбуждающего света). Необходимое уменьшение размера площади, на которой фокусируется свет, требует специальной техники. Поэтому эти исследования связаны, в основном, с применением микроскопии ближнего поля.

Второе направление связано с исследованиями оптических свойств (линейных и нелинейных) термодинамически устойчивых наноразмерных частиц и изучением химических превращений, инициируемых в них светом. В этих исследованиях размер возбуждающего светового пятна может быть любым, но объект исследований либо состоит из наноразмерных частиц, либо имеет нанометровые размеры хотя бы в одном измерении. В данной статье изложены некоторые результаты, полученные в Центре фотохимии РАН, которые относятся ко второму направлению нанофотоники.

Как известно, существует две технологии получения наноразмерных систем. Первая технология построения наносистем, так называемая методика «сверху–вниз», состоит в дроблении макрообъекта на наночастицы. Вторая методика связана со сборкой наноразмерного объекта из отдельных молекул или атомов (методика «снизу – вверх»). Эта технология самосборки широко используется в живой природе (например, сложные белковые структуры собираются из двадцати сравнительно простых молекул аминокислот).

Можно надеяться, что научившись использовать межмолекулярные взаимодействия (диполь-дипольные и донорно-акцепторные взаимодействия, «стэкинг»-взаимодействия, водородные связи и т.д.), можно строить из молекул наноразмерные супрамолекулярные системы и на их основе создавать новые поколения устройств для информационных технологий.

Разрабатываемый в ЦФ РАН подход состоит в том, чтобы используя процессы самоорганизации молекул, формировать оптически активные и фотохимически активные центры, а затем на основе этих предорганизованных супрамолекулярных систем создавать новые материалы различного назначения. Основной задачей на этом пути является проектирование и синтез устойчивых супрамолекулярных систем, состав и строение которых обеспечивает получение требуемых оптических и фотохимических характеристик. Число молекул в супрамолекулярной системе может варьироваться в широких пределах (в частности, в простейшем случае система может состоять из двух молекул).

Целью работ, проводимых в ЦФ РАН, являются попытки найти ответы на следующие вопросы:

• каковы должны быть структурные особенности органической молекулы, чтобы она была пригодной для построения на ее основе супрамолекулярных наноразмерных систем?

• какова должна быть архитектура супрамолекулярных систем, чтобы они обладали практически важными оптическими и фотохимическими характеристиками?