Новая разработка МИФИ приблизила создание мощных биосенсоров и квантовых источников света
Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» разработали передовую технологию изготовления оптических микрорезонаторов из пористого кремния, позволяющую значительно усилить взаимодействие света с веществом. Эти устройства, способные «задерживать» свет внутри себя, представляют большой интерес для создания перспективных источников единичных фотонов и высокочувствительных биосенсоров. Хотя пористый кремний отличается низкой стоимостью и гибкостью настройки параметров, контроль над его свойствами в процессе производства оставался сложной задачей, а добротность резонаторов редко превышала значение 100, что ограничивало их эффективность.
Специалисты Центра «Нано-Фотон» НИЯУ МИФИ предложили подход, который сочетает в себе точное теоретическое моделирование и последующую экспериментальную проверку параметров микрорезонатора. Эта методика обеспечивает контролируемое изготовление устройств с заданными характеристиками. В результате удалось создать микрорезонаторы из пористого кремния, добротность которых была увеличена в два раза, что эквивалентно более долгому удержанию фотонов внутри структуры. Теоретические расчеты показывают возможность дальнейшего многократного роста этого ключевого параметра.
Дополнительным важным достижением стало наблюдение усиленного взаимодействия света и вещества на практике. При встраивании флуоресцентных молекул (флуорофоров) в оптимизированный микрорезонатор ученые зафиксировали почти шестикратное сужение спектра их свечения и общее усиление флуоресцентного сигнала. Разработанная технология открывает путь к созданию высокоэффективных источников единичных фотонов для квантовых технологий и сенсоров нового поколения, требующих исключительно высокого спектрального разрешения и интенсивности люминесценции.
Результаты исследования в научном журнале Nanomaterials.