Лазер и золото: рождение наночуда

Ученые из России, Германии и Испании сделали уникальное открытие. Они показали, как можно одновременно воздействовать на поверхность фемтосекундным лазерным излучением и покрыть ее наночастицами благородных металлов.


Фемтосекундный лазер излучает свет с очень короткими импульсами. Они имеют очень высокую пиковую мощность и способны воздействовать на материалы без теплового повреждения. Фемтосекундный лазер может использоваться для создания наноструктур на поверхности различных материалов, таких как металлы, полимеры, керамика и др.


— младший научный сотрудник кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения Евгения Хайруллина.

Наночастицы благородных металлов, таких как золото, серебро, палладий или платина, размером от 1 до 100 нанометров обладают уникальными оптическими, электрическими и каталитическими свойствами, которые зависят от их размера, формы и состава. Они могут усиливать или изменять световые поля на своей поверхности или вблизи нее.

Для создания наноструктурированной поверхности с равномерно распределенными наночастицами благородных металлов ученые использовали соли и комплексы этих металлов, которые наносили на поверхность в виде тонкого слоя. Затем они облучали поверхность фемтосекундным лазером при определенных параметрах. Ключевое отличие данной работы — то, что химикам СПбГУ удалось разработать одностадийный процесс: происходило параллельно лазерное испарение слоя металла и формирование периодических субмикронных структур на поверхности.

Эти структуры имеют размеры менее одного микрометра и называются LIPSS (laser induced periodic surface structure — лазерно-индуцированная периодическая структура поверхности). Они образуются из-за интерференции лазерного излучения с его отражением от поверхности или с плазмонными волнами на наночастицах. LIPSS усиливают локальные световые поля и способствуют дальнейшему образованию и осаждению наночастиц на поверхности.

В результате получается сложная наноструктура, состоящая из LIPSS и наночастиц благородных металлов. Подобная наноструктура имеет ряд преимуществ, таких как повышенная чувствительность к свету, улучшенная электропроводность и каталитическая активность. Эти свойства могут быть использованы для создания высокоэффективных устройств, применяемых в оптике и энергетике, в частности датчиков, накопителей энергии, светоизлучающих и оптоэлектронных устройств.