Российские и зарубежные ученые создали новый тип наночастиц, спектром которых можно свободно управлять уже после изготовления. Описание частиц и итоги опытов представлены в журнале Nano Letters.
"Результаты наших опытов интересны не только для создания фотонных чипов. Перестройку спектра излучения массива наночастиц можно использовать, например, для определения концентрации паров соляной кислоты и других галогенидов водорода в окружающей среде", — отмечает Екатерина Тигунцева, аспирант Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы. Поэтому большинство современных систем связи основаны на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки в чипах световыми аналогами, однако пока это не удается, потому что движением света очень сложно управлять.
Эту задачу могут решить наночастицы, способные поглощать один тип частиц света и излучать другие виды световых волн. За последние годы физики создали сотни подобных излучателей, эффективно конвертирующих один тип фотонов в другой.
Однако у них есть общий недостаток — свойства частиц задаются при изготовлении, и их фактически нельзя изменить. Это мешает применять подобные наночастицы в качестве наноантенн и других компонентов световых компьютеров будущего.
Тигунцева и ее коллеги нашли решение этой проблемы, экспериментируя с так называемыми перовскитами — полупроводниковыми материалами с довольно необычными свойствами и структурой. Они хорошо поглощают свет и превращают его в другие формы энергии.
Во время опытов с антеннами из перовскитов ученые обратили внимание на то, что свойства излучаемого ими света сильно зависят от того, как много в наночастицах ионов галогенов — хлора, брома или йода.
Это натолкнуло физиков на мысль, что поведением наночастиц можно управлять, если изменить количество этих ионов на их поверхности. Для этого необязательно физически менять структуру перовскитов — достаточно поместить их в среду, насыщенную парами соляной кислоты, бромоводорода или йодоводорода.
Их молекулы начнут взаимодействовать с перовскитами и заставят частицу изменить характер свечения. Соответственно, меняя концентрацию паров, можно заставить нанообъекты светиться всеми цветами радуги, что выгодно отличает их от других подобных наноструктур.
Как показали дальнейшие опыты Тигунцевой и ее коллег, такая настройка наночастиц не вызывает необратимых изменений в их структуре и работе. Все модификации в свечении можно удалить, обработав наноантенны парами вещества с противоположными свойствами.
Все это, как отмечают физики, позволяет создавать сложные фотонные чипы, работающие с разными видами света при помощи лишь одного типа антенн, свойства которых будут запрограммированы на заводе или даже будут меняться в ходе эксплуатации компьютера. Аналогичным образом можно создавать датчики, распознающие присутствие соединений галогенов в воздухе.