Создан новый тип нанокристалла для лазерной техники

Опубликовано Svidinenko в 28 май, 2007 - 09:42.

Ученые из США создали новый тип нанокристалла, который может быть использован в качестве материала для производства лазеров.

Как сообщает PhysOrg, открытый учеными нанокристалл – «мягкий» оптический материал, который можно обрабатывать в растворе, что обеспечивает гибкость технологического процесса при изготовлении лазеров для систем «лаборатория-на-чипе» и квантовых устройств хранения данных.

Полупроводниковые нанокристаллы характеризуются отличными светоизлучающими характеристиками, что делает их идеальными кандидатами для построения лазеров на их основе. Однако до сегодняшнего времени на основе нанокристаллов было проблематично достичь высоких показателей важнейшей для лазерной техники характеристики – оптического усиления.

Обычно в нанокристаллах содержатся два экситона (пара дырка-электрон), которые из-за маленьких размеров кристалла успевают аннигилировать до того, как произойдет оптическое усиление.

В настоящем исследовании, проведенном Виктором Климовым (Now Victor Klimov) и его коллегами в Аламосской Национальной лаборатории (Alamos National Laboratory), ученым удалось синтезировать нанокристалл с ядрами и оболочками из различных полупроводников, в котором электроны и дырки разделены физически друг от друга, и поэтому оптическое усиление соответствует необходимому для производства лазерной техники.

Кроме того, новый нанокристалл достаточно легко обрабатывать и использовать в составе «лабораторий-на-чипе».

Источник(и):

1. PhysOrg: Scientists create new type of nanocrystal

Большие перспективы имеет направление, связанное с созданием магнитных нанокомпозитов. Во многих случаях в качестве матриц для их создания используют различные пористые материалы, размер полостей которых лежит в нанометровом диапазоне. В эти поры можно вводить различные соединения, а затем, после химической модификации, получать частицы искомого материала, размер и форма которых повторяют форму полостей матрицы (Рис.2,4), а ее стенки предотвращают их агрегацию и защищают от воздействий внешней среды. Этот подход позволяет синтезировать наночастицы самых различных химических соединений: металлов и сплавов, оксидов и халькогенидов.

С точки зрения уникальных физических свойств особенно привлекательны наночастицы, обладающие анизотропной формой. Использование нанореакторов открывает широкие возможности для их синтеза и контроля морфологии: в слоистых матрицах можно получать двумерные наночастицы, а в матрицах с вытянутыми порами – одномерные. При этом можно также достичь ряда практически — важных характеристик: варьируемый размер пор (1—100 нм), однородность распределения пор по размеру, упорядоченность пор, создание анизотропных систем, изолированность каналов-пор, решение проблемы агрегации и химической изоляции наночастиц. Преимущества использования жидкокристалл­ических темплатов, формирующихся в системе ПАВ-вода в определенном диапазоне температур и концентраций, связаны с формированием упорядоченной системы однородных по размеру пор с контролируемым диаметром. Гидролиз алкоголятов с последующим отжигом приводит к формированию реплики жидкого кристалла в оксидной матрице, которая тем самым становится мезопористой. Мезопористый диоксид кремния, обладающий упорядоченной гексагональной структурой открытых цилиндрических пор, диаметр которых можно варьировать от 2 до 50 нм, является одной из перспективных матриц для получения одномерных наночастиц. Мезопористый диоксид кремния с диаметром пор от 2,1 до 3,7 нм был использован (на ФНМ МГУ) для получения нанонитей железа, обладающих ферромагнитными свойствами при комнатной температуре. Следует отметить, что при уменьшении размеров частиц ферромагнетика при достижении определенной критической точки происходит переход в суперпарамагнитное состояние, в котором магнитные моменты частиц разупорядочиваются из-за тепловых флуктуаций. Для сферических частиц железа этот размер составляет около 5 нм. Однако если наночастицы имеют нитевидную форму, происходит фиксация магнитного момента вдоль длинной оси частицы и магнитноупоря­доченное состояние может сохраняться, если эти наночастицы закреплены в системе упорядоченных пор (система перпендикулярной записи информации, Рис.1).

Рис.3. Процедура создания мезопористой матрицы: мицеллы поверхностно-активного вещества формируют упорядоченную гексагональную структуру (лиотропная жидкокристалл­ическая матрица), в которую внедряется гель гидратированного диоксида кремния. После деликатного низкотемпературного отжига в окислительной атмосфере (атмосфере кислорода) ПАВ – шаблон выгорает, вода удаляется и в образовавшемся оксидном материале остается «отпечаток» тех мицелл, которые были первоначально использованы в виде шаблона – формируется мезопористая струкура.

Другой интересной матрицей для получения одномерных наночастиц является пористый оксид алюминия, образующийся при анодном окислении высокочистого полированного металлического алюминия в ряде электролитов. Этот материал имеет систему цилиндрических пор, располагающихся параллельно друг другу перпендикулярно плоскости пленки, причем при соблюдении определенных условий массивы этих пор могут обладать гексагональным упорядочением.

Рис.4. Поперечный разрез пленки анодированного (мезопористого) оксида алюминия, заполненного электрохимически нанонитями металлического никеля.

Мезопористый оксид алюминия, полученный анодным окислением алюминия, уникален тем, что в процессе его получения можно контролировать основные микроструктурные параметры: расстояние между центрами соседних пор зависит от электролита и напряженности тока на электродах в ходе окисления, протяженность пор (толщина слоя) зависит от времени травления, а диаметр пор можно увеличивать путем дополнительного растравливания. Одним из методов получения магнитных нанокомпозитов в такой матрице является электрохимическое осаждение в поры магнитных металлов, например, никеля. При этом, в отличие от пленок мезопористого диоксида кремния, магнитные наночастицы располагаются в матрице не параллельно, а перпендикулярно поверхности подложки. Таким образом, становится возможным контролировать количество осажденного металла, варьировать длину получаемых частиц, а также их ориентацию относительно подложки.

Естественно, что каждый из существующих способов хранения информации обладает своими преимуществами и недостатками. И все же технологии не стоят на месте, и каждый год в согласии с «законом Мура» средняя плотность записи всех типов устройств возрастает в ~1,5 раза. Какая же из технологий является оптимальной, и будет доминировать на рынке через 10 лет? Время покажет…

Авторы: А.А.Елисеев (ФНМ МГУ), Е.А.Киселева (ФНМ МГУ), И.Большаков (ФНМ МГУ), К.Напольский (ФНМ МГУ)

Источник(и):

Нанометр:«Вспомнить все» по-нанотехнологи­чески…:https://www­.nanometer.ru­/…2438597.html

Интервью акад. Ю.Д. Третьякова газете "Московская правда"

Предлагаем вниманию наших читателей интервью декана факультета наук о материалах (https://www.fnm­.msu.ru/) МГУ им. М. В. Ломоносова (https://www.msu­.ru/…ovation.html) академика Юрия Дмитриевича Третьякова, которое было подготовлено руководителем Ассоциации научных журналистов «Интеллект» Виолой Михайловной Егиковой для газеты «Московская Правда» (https://www.mos­pravda.ru/).

Говорят, известный отечественный физик как-то сказал в сердцах: «Чтобы дожить до развития нанотехнологий в России, надо быть бессмертным». Насколько точна такая оценка, судить ученым, но то, что в этих словах ощущается обида, несомненно. Обидно за отставание, которого могло бы и не быть. По крайней мере — в таких масштабах. И вот, кажется, лед тронулся, о нанотехнологиях заговорили высшие должностные лица страны, пообещав этой сфере такое же финансирование, какое приходится на всю родную науку скопом. Нанотехнологии сегодня – тема номер один. Что это, очередная мода или насущная необходимость?

- Юрий Дмитриевич, ваш факультет не раз выступал инициатором конференций, посвященных проблемам нанотехнологий. Его усилиями создан очень интересный сайт www.nanometer.ru, выходит ежемесячный информационный бюллетень «Нанометр», сейчас вы готовите Интернет-олимпиаду для молодежи, на выходе — книга о нанотехнологиях для широкого круга читателей. Почему такое внимание к этой теме?

Прежде всего потому, что многое упущено. За рубежом довольно успешно занимаются нанотехнологиями, а опередили всех американцы, которые давно работают в этом направлении, хотя официально обнародовали свою «нанотехнолог­ическую инициативу» лишь в 2001 году. Тогда-то и стало очевидно, как далеко они продвинулись! В течение последующих пяти лет схожие национальные программы приняли примерно 50 стран. Но среди них, к сожалению, не было России. И вовсе не потому, что у нас никто не занимался нанотехнологиями. В России немало ученых, которые начинали исследования в этой области задолго до того, как в мире стал ощущаться активный интерес к изучению наносистем. В нашей стране, в частности, выполнены пионерские работы в области коллоидной химии, химии полимеров, химии ультрадисперсных систем, атомной энергетики и т. д. А это как раз то, что лежит в основе современных нанотехнологических исследований. Правда, в те годы такого термина, как «нанотехнологии», еще не было, недаром американский химик, тесно связанный с Московским университетом, Нобелевский лауреат Роальд Хоффман как-то пошутил, что наконец-то найдено название для того, чем занимается традиционная химия. Кстати, у истоков исследований свойств наносистем стояли не только химики, но и физики, механики, биологи, представители других областей науки, ведь эти работы носят междисциплинарный характер. Можно вспомнить научные школы академиков П. А. Ребиндера, В. А. Каргина, Б. В. Дерягина, Ж. И. Алферова, М. В. Келдыша, многих других выдающихся отечественных ученых, без которых было бы немыслимо развитие современных нанотехнологий.