2D tvarkingos struktūros lazeriams ir jutiklių taikymams (LaSensA)

   

Projekto nr.: project8238
Projekto tinklapis: https://lasensa.ktu.edu/

Projekto aprašymas:

Šio bendradarbiavimo tyrimo projekto tikslas – ištirti saviranka suformuotų nanodalelių matricų ir jų vidinių fotofizinių procesų kolektyvinį optinį elgesį ir ištirti galimybes naudoti jas kuriant plazmoninius nanolazerius ir biojutiklius. Numatyta išspręsti šiuos uždavinius: (1) ištirti, kaip nanodalelių (NP) matricų raštas ir simetrija veikia paviršiaus gardelės rezonansą (SLR) ir įdiegti metodus, leidžiančius aktyviai derinti SLR bangos ilgį; (2) ištirti vidinius SLR fotofizinius procesus, lyginant NP matricose su NP tirpale; (3) naudoti šių savarankiškai surinktų NP matricų SLR, kuriant plazmoninio nanolazerio struktūras; (4) naudoti 2D plazmonines struktūras biojutikliams; (5) sukurti alternatyvų metodą klasikiniams litografijos metodams, naudojant kontroliuojamą polimerų raukšlėjimąsi kartu su minkšta litografija, kurią galima būtų padidinti iki makroskopinių plotų ir suderinti su ritininiu apdorojimu.

Projekto finansavimas:

ES ERA-NET ir kitos koordinavimo veiklos

Projekto rezultatai:

Vykdant projektą parodėme, kad galime sumodeliuoti ir pagaminti tinkamus šablonus dalelių nusodinimui ir naudojant kapiliarinį dalelių surinkimą (CAPA), suformavome dvimates (2D) nanostruktūras, tinkamas paviršiuje stiprinamos Ramano sklaidos spektroskopijos (SERS) taikymams, panaudojant sidabro nanodalelių monomerų (viena nanodalelė gaudyklėje) ir tetramerų (keturios nandalelės gaudyklėje) struktūras. SERS padėklai buvo panaudoti tiriant 2-naftalentiolio (2NT) molekules. Parodėme, kad SERS padėklas periodinėje nanostruktūroje pasižymi didžiausiu efektyvumu dėliojant po keletą nanodalelių gaudyklėje, t.y. sukuriant „karštųjų taškų“ – tetramerų masyvus. Tokios struktūros stiprinimo koeficientas dviem eilėmis viršijo SERS pagrindo su koloidinių dalelių ištisiniu monosluoksniu stiprinimo koeficientą, bei leido registruoti 10-9M 2NT koncentraciją. Sidabro nanodalelės, kurias naudojame nusodinimui į šablonus, buvo ištirtos žadinimo zondavimo spektroskopija, kas leido susieti elektronų – fononų sąveikos trukmes su kristalografine dalelių struktūra. Parodėme, kad naudojant CAPA procesą, nanodaleles galima nusodinti ne tik į litografiškai suformuotų šablonų replikas, bet ir į raukšlėtas polidimetilsiloksano (PDMS) struktūras (30 nm skersmens sidabro nanodaleles), kurių gamybai nereikalingos litografijos technologijos. Raukšlėtos PDMS struktūros sėkmingai panaudotos funkcionalizuotų aukso nanodalelių pernešimui tvarkingomis linijomis ant PDMS plėvelių, kurios toliau gali būti naudojamos kaip SERS jutikliai. Darbe pademonstravome paviršiaus gardelės rezonanso (SLR) pagrindu veikiantį plazmoninį nanolazerį, pasižymintį konkurencingais parametrais. Parodėme, kad išdėliojus sidabro plazmonines nanodaleles į periodinę matricą, tenkinančią Bragg’o sąlygą, dėl lokalizuoto plazmoninių ir delokalizuotų fotoninių režimų hibridizacijos stebima smailė (SLR) gali būti naudojama užtikrinant grįžtamąjį ryšį ir indukuotą emisiją. Darbe naudojome sidabro nanokubus, kurie dėl dalelių kristališkumo ir mažo paviršiaus šiurkštumo pasižymi puikiomis plazmoninėmis savybėmis. Dvimatėje sidabro nanodalelių sistemoje, užpildytoje pirometenu-597 dažikliu, registravome 574 nm bangos ilgio stimuliuotą emisiją, esant mažam linijos pločiui (<1 nm). Lazerinio žadinimo slenkstis neviršijo 100 ?J/cm2, spindulio divergencija buvo mažesnė nei 1 mrad. Žadinimui naudojome kolimuotą Yb:KGW femtosekundinio lazerio antrąją harmoniką - 515 nm bangos ilgį. Tokios plazmoninių nanolazerių struktūros galėtų būti naudojamos fotoninėse integrinėse grandinėse, optinio ryšio reikmėms.

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2021-06-01 - 2024-05-31

Projekto koordinatorius: Kauno technologijos universitetas

Projekto partneriai: Poznanės Adomo Mickevičiaus universitetas, Japonijos nacionalinis medžiagų mokslo institutas, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., NANOVERSA, UAB