|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Эффект конверсионного отражения в разных фотонно-кристаллических материалахНИР
Inelastic reflection in different photonic crystalline materials
- Руководитель НИР: Климонский С.О.
- Участники НИР: Баранчиков А.Е., Бахия Т., Горелик В.С., Еремина Е.А., Напольский К.С., Садыков А.И.
- Подразделение: Кафедра междисциплинарного материаловедения
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2018 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-03-00853 А
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116011910303-6
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Создание новых функциональных материалов
- ПН России: Индустрия наносистем
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.31.27 Взаимодействие оптического излучения с веществом
- 31.17.15 Неорганическая химия
-
Ключевые слова:
дифракционная решетка, коллоидные частицы, пористый оксид алюминия, фотонный кристалл, опал, диоксид кремния, неупругое отражение, стоп-зона
opal, diffraction grating, stop band, inelastic reflection, photonic crystal, porous aluminum oxide, colloidal particles -
Описание:
Обнаруженный в самые последние годы эффект конверсионного отражения света заключается в том, что в отраженном от фотонного кристалла свете может присутствовать не только исходный спектр, но и дополнительная полоса, положение которой совпадает со стоп-зоной. То есть, например, в спектре отражения ультрафиолетового света может присутствовать соответствующая стоп-зоне полоса, попадающая в видимую область. Природа эффекта остается неясной. Конверсионное отражение света до сих пор наблюдалось только в объемных опалоподобных материалах (опалах и квантитах) на основе диоксида кремния. Проект направлен на поиск данного эффекта в других фотонно-кристаллических материалах и выяснение его природы. Предлагается синтезировать и исследовать фотонные кристаллы разного состава и разной структуры: тонкопленочные трехмерные фотонные кристаллы со структурой опала и инвертированного опала из диоксида кремния и полимерных материалов, полимерные пленки с периодически распределенными в них наночастицами золота и одномерные фотонные кристаллы на основе анодного оксида алюминия с циклически модулированной структурой пор. Планируется детально изучить свойства конверсионного отражения, выяснить, как оно зависит от положения фотонной стоп-зоны, состава, структуры и микроструктуры материала, наличия поглощающих и люминесцирующих примесей, поставить эксперименты по проверке различных гипотез происхождения конверсионного отражения.
-
Abstract:
We plan detail study properties of inelastic reflection for different photonic crystalline materials.
-
Планируемые результаты:
По результатам работы должно быть установлено: - является ли эффект конверсионного отражения исключительным свойством опалов из SiO2 и квантитов из спеченного диоксида кремния или может наблюдаться в фотонных кристаллах разного химического состава; - наблюдается ли конверсионное отражение в фотонных кристаллах с другой структурой, а именно инвертированных опалах и одномерных периодических структурах; - можно ли воздействовать на интенсивность конверсионного отражения с помощью различных оптически активных примесей (поглощающих, люминесцирующих и наноразмерных соединений); - зависит ли интенсивность конверсионного отражения, и если да, то каким образом, от спектрального положения стоп-зоны в фотонных кристаллах одного и того же типа; - связана ли природа эффекта конверсионного отражения с люминесценцией материала; - справедлива ли гипотеза о том, что природа эффекта конверсионного отражения связана с распадом квантов возбуждающего света вследствие их взаимодействия с фотонным кристаллом.
-
Научный задел:
Одним из авторов проекта (В.С. Гореликом) и др. был впервые открыт эффект конверсионного отражения в объемных синтетических опалах и квантитах опал-ZrO2/C ], вопросы дальнейшего поиска и изучения которого в разных фотонно-кристаллических материалах и легли в основу данного проекта. При этом В.С. Горелик использовал созданную им оригинальную установку, предназначенную для изучения спектров отражения, пропускания, люминесценции и других вторичных излучений. Заявка опирается также на многолетний опыт коллектива по синтезу и исследованию опалоподобных фотонных кристаллов из SiO2 и других материалов. Выполнена оригинальная работа по изучению распределения люминесцентных примесей (редкоземельных соединений, полупроводниковых квантовых точек) в структуре опаловой матрицы. Имеется опыт по изучению собственной люминесценции фотонно-кристаллических материалов (опалов и квантитов) на основе SiO2. Из методов, которые будут использоваться в ходе выполнения проекта, можно также отметить разработанную нами методику быстрого доращивания микрочастиц SiO2 при комнатной температуре, позволяющую получать из них пленки синтетических опалов с высокой степенью структурного совершенства, и технику инвертирования опаловых пленок с помощью фоторезиста ETPTA. Кроме того, коллектив имеет большой опыт работ по изучению микроструктуры фотонных кристаллов методами электронной микроскопии, лазерной дифракции и малоуглового рентгеновского рассеяния. Из недавних публикаций можно указать статью с участием еще одного члена коллектива исполнителей – К.С. Напольского, имеющего большой опыт изготовления пленок анодного оксида алюминия.
- Добавил в систему: Климонский Сергей Олегович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Синтез разных фотонно-кристаллических материалов и дифракционных решеток |
| Результаты этапа: Основные усилия в 2016 году были направлены на синтез разных фотонно-кристаллических материалов и поиск в них конверсионного отражения (КО). Были синтезированы и охарактеризованы пленки трехмерных фотонных кристаллов со структурой опала и инвертированного опала из диоксида кремния и фоторезиста ETPTA, в том числе инвертированные пленки из фоторезиста с введенными в них наночастицами золота, а также одномерные фотонные кристаллы на основе анодного оксида алюминия с циклически модулированной структурой пор. Для большинства образцов обнаружен ложный эффект, маскирующийся под КО, природа которого, предположительно, связана со слабой люминесценцией использованных световодов. Зарегистрирован выходящий из световода сигнал, отражение которого дает видимость эффекта КО. Реальное КО в исследованных пленках синтетических опалов из диоксида кремния и инвертированных образцах из ETPTA не обнаружено. Иная ситуация выявилась в инвертированных пленках с наночастицами золота. Присутствие проводящих наночастиц роднит их с квантитами, в которых и был, по литературным данным, первоначально зарегистрирован эффект КО. Установлено, что оптические свойства образцов немонотонно зависят от концентрации золота. При достаточно большой концентрации наблюдается увеличение прозрачности материала в коротковолновой области и возрастание пика отражения, соответствующего стоп-зоне. Для данных образцов зарегистрировано КО, величина которого превышает уровень наблюдавшегося ложного сигнала. В дальнейшем предполагается продолжение работ по установлению природы изучаемого эффекта. Сверх намеченного первоначально плана нами выполнена также работа по разработке метода синтеза дифракционных решеток из коллоидных растворов SiO2. Основное достоинство метода заключается в простоте исполнения, благодаря чему он может с легкостью применяться даже в школьных лабораториях для создания демонстрационных образцов дифракционных решеток. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Изучение синтезируемых фотонно-кристаллических материалов и дифракционных решеток |
| Результаты этапа: В отчетном году продолжалась работа по изучению специфических эффектов, возникающих при введении наночастиц золота в фотонные кристаллы со структурой инвертированного опала. Обнаружены различные эффекты, проявляющиеся в увеличении пика отражения в области фотонной стоп-зоны и углублении соответствующего спада в спектре пропускания, которые могут быть интерпретированы как результат взаимного сложения двух резонансов: брэгговской дифракции в фотонном кристалле и плазмонного резонанса в наночастицах золота. Подтвержден вывод прошлого года, что в подобных образцах может наблюдаться отражение конверсионного типа, величина которого превышает посторонние сопутствующие эффекты. Продолжалась также работа над изготовлением дифракционных структур путем прерывистого осаждения и самоупорядочения коллоидных частиц. Было показано, что в соответствующих условиях прерывистое осаждение, позволяющее получать полосчатые дифракционные структуры, может наблюдаться не только для суспензий с частицами диоксида кремния, но и с частицами полистирола. Для суспензий с частицами диоксида кремния уточнены данные по критической скорости движения мениска, ниже которой прерывистое осаждение сменяется непрерывным. Получены дифракционные структуры с двухуровневой организацией, состоящие из периодически повторяющихся полосок, образованных монослоем гексагонально упорядоченных сферических частиц. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Результаты изучения синтезируемых фотонно-кристаллических материалов и дифракционных решеток |
| Результаты этапа: Выполнены работы по изучению: 1. свойств пленок инвертированных фотонных кристаллов из фоторезиста ETPTA с введенными в низ наночастицами золота; 2. дифракционных структур, получаемых прерывистым осаждением коллоидных частиц. По первому вопросу набран большой статистический материал, подтверждающий возможность увеличения пика отражения и глубины провала в спектре пропускания в области фотонной стоп-зоны вследствие сложения и взаимного усиления двух резонансных эффектов: брэгговского отражения в фотонно-кристаллической структуре и плазмонного резонанса наночастиц золота. По второй теме получены структуры с двухуровневой организацией, состоящие из периодически повторяющихся полосок, образованных монослоем гексагонально упорядоченных сферических частиц, и продемонстрировано наличие лазерной дифракции на обоих уровнях структурной организации (то есть на гексагональной упаковке микрочастиц внутри полосок и на периодической решетке, образованной самими полосками). Тем же методом прерывистого осаждения получены достаточно высокие гребни из коллоидных частиц, обладающие фотонно-кристаллическими свойствами и, таким образом, образующие линейку повторяющихся фотонных кристаллов. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".