Современной тенденцией является объединение наноплазмоники и развитой полупроводниковой технологии с целью создания уникальных функциональных структур для оптических сенсоров, которые позволят обеспечить бесконтактную, оперативную диагностику с высокой чувствительностью. В основе такой диагностики лежит оптический метод гигантского комбинационного рассеяния (ГКР), заключающийся в усилении интенсивности оптического сигнала комбинационного рассеяния света (КРС) от молекул анализируемого вещества (аналита) вблизи металлической наноструктуры за счет возбуждения локализованного плазмонного резонанса (ЛПР). Данный метод обладает высокой чувствительностью и высокой скоростью получения отклика. Электромагнитный механизм усиления сигнала КРС определяется плазмонными свойствами гибридных наноструктур – ГКР-активных подложек. Для достижения максимального коэффициента усиления (КУ) необходимо, чтобы положение максимума полосы поглощения аналита было близко к спектральному положению ЛПР, которое зависит от морфологии структуры и диэлектрической проницаемости окружающей среды. Для практического применения требованиями к ГКР-активным подложкам являются: химическая инертность к аналиту и внешним воздействиям, стабильность и воспроизводимость. Поэтому исследование влияния морфологии ГКР-активных подложек на спектральное положение ЛПР установит закономерности, позволяющие, путём изменения структурных параметров подложек, управлять чувствительностью оптического отклика в методе ГКР в видимом и ближнем ИК спектральных диапазонах.
Разработка гибридных плазмонных структур, исследование их физико-химических и оптических свойств, создание экспериментальных структур и демонстрация их функциональных свойств является крайне актуальной задачей и имеет большую научную значимость как для фундаментальной науки – исследование особенностей ЛПР в зависимости от геометрии структуры, материала компонентов и свойств окружающей среды, так и с прикладной точки зрения – разработка усовершенствованных ГКР-активных подложек для обнаружения аналитов в предельно низких концентрациях.
Проект посвящён созданию, исследованию и применению нового класса гибридных наноструктур на основе монокристаллического кремния, эндотаксиальных наночастиц благородного металла (Ag, Au) и диэлектрика (SiO2, наноалмаз). Кремний выбран в качестве исходного материала, так как полупроводниковая технология постоянно развивается, что позволит создавать экспериментальные образцы с помощью технологических подходов наноструктурирования на кремнии, а в перспективе и создание «лаборатории-на-чипе» (англ. Lab-on-a-chip).
Для успеха в создании и исследовании нового класса ГКР-активных подложек будет применяться комплексный подход, включающий в себя: 1) моделирование и численные расчеты оптических откликов от гибридных структур, а также оптимизацию их морфологии с целью получения наибольшего КУ; 2) технологическую реализацию на основе разупорядоченных наноструктур и упорядоченных наноструктур с помощью электронной литографии или АСМ-литографии; 3) исследование оптических и 4) функциональных свойств полученных структур. В качестве аналитов будут использоваться органические красители и вирусные возбудители: штаммы вирусов гриппа групп A и В, аденовирусы и коронавирусы. Использование технологии машинного обучения для обучения нейронной сети на основе полученной базы данных, а именно - спектров ГКР, позволит определять вирусные возбудители в условиях перекрытия пиков КРС вируса и буферной среды.
Благодаря разработанному в данном Проекте подходу, будет получен новый класс ГКР-активных подложек.
Коллектив научной группы является сработанной командой из целеустремленных аспирантов и кандидатов физико-математических наук, мотивированных на достижение результатов, соответствующих мировому уровню и представляющих большой интерес для научных сообществ в фундаментальных и прикладных исследованиях в области наноплазмоники и создания оптических сенсоров.
