Новые оптические технологии модификации графена приведут к созданию наноэлектроники нового поколения

Прибор спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС), И.И. Бобринецкий проводит анализ фотохимической модификации графена на КРС Ученые научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнология» НИУ МИЭТ получили грант РНФ на продление исследований в рамках проекта «Локальная

Прибор спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС), И.И. Бобринецкий проводит анализ фотохимической модификации графена на КРС

Ученые научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнология» НИУ МИЭТ получили грант РНФ на продление исследований в рамках проекта «Локальная фотохимическая реконструкция двумерных углеродных наноструктур для создания элементов интегральной электроники нового поколения». Впервые проект был поддержан РНФ в 2019 году, теперь его реализация продолжится в 2022–2023 гг. Задача исследователей – разработка оптических технологий и создание функциональных элементов оптоэлектроники и сенсорики на основе гибридных графеновых наноструктур, работающих на новых физических эффектах и обладающих биоподобными свойствами.

В ходе реализации первого трехлетнего проекта научная группа под руководством доктора технических наук, профессора кафедры квантовой физики и наноэлектроники МИЭТ Ивана Бобринецкого обнаружила новые эффекты и явления в области фотохимии графена, а также возможности для применения этих эффектов в устройствах биологических сенсоров и новых оптоэлектронных элементов.

Особенно интересным оказался эффект, связанный с фотохимической пришивкой биологических объектов к углеродной атомарной плоскости, — рассказывает Иван Бобринецкий. — Сам эффект фотохимической полимеризации — достаточно известный процесс, на его основе, в частности, работает процесс фотолитографии, основного технологического этапа при изготовлении интегральных микросхем. Нам же удалось показать ковалентную сшивку под действием света биологических наноструктур (белков) и графена, что, по сути, является новом этапом в создании биоэлектронных интерфейсов на молекулярном уровне.

Научная публикация по результатам исследования «Differential Bio-Optoelectronic Gating of Semiconducting Carbon Nanotubes by Varying the Covalent Attachment Residue of a Green Fluorescent Protein» вышла в журнале Advanced Functional Materials в конце февраля 2022 года.

Схематичное изображение новых фотоэлектронных устройств на основе флуоресцентного белка и углеродной нанотрубки: оптоэлектронная память (слева) и фототранзистор (справа)

В новом проекте, рассчитанном на два года (2022-2023 гг.), ученые планируют развивать описанную технологию применительно к другим биологическим объектам – например, светом «пришивать» молекулы ДНК для создания высокочувствительных биосенсоров.

Процесс фотохимии позволяет проводить локальную пришивку таких объектов под действием фемтосекундных лазерных импульсов — это уже путь к безмасочной литографии и созданию новых функциональных устройств с управляемыми свойствами за счет пришивки различных биологических рецепторов к, например, каналу полевого транзистора для создания систем электронного носа, — поясняет Никита Некрасов, аспирант кафедры Квантовой физики и наноэлектроники.

Аспирант Никита Некрасов готовит подложки для фотохимической пришивки аптамеров

Еще одним направлением для дальнейших исследований станет развитие уже разработанных в рамках реализации проекта методов лазерной локальной модификации примененительно к новым двумерным структурам, а именно, ванд-дер-ваальсовым гетероструктурам. Использование таких материалов позволит решить проблему стабильности многих двумерных материалов, предполагают в НОЦ «Зондовая микроскопия и нанотехнология», а использование разрабатываемых фотохимических процессов позволит локально управлять свойствами и модифицировать их при создании новых оптоэлектронных элементов.

В составе команды проекта – молодые ученые, в том числе аспиранты и студенты кафедры квантовой физики и наноэлектроники.

Фундаментальная значимость исследования соответствует мировому уровню, а по ряду областей и превышает его: результаты проекта помогут сформировать новый физико-технологический базис полностью оптических технологий в наноэлектронике на основе двумерных наноматериалов.

Среди перспективных прикладных применений – создание высокочувствительных биосенсоров для определения патогенов, например, в ходе in vivo и in vitro диагностики пациентов и тестирования лекарственных препаратов; создание детекторов сверхкороткого оптического излучения; «зеленой технологии» для солнечных батареей и многое другое.

Источник: https://miet.ru/news/143643