Металлорганические каркасы — перспективная основа для материалов будущего: они объединяют свойства металлов и органики и позволяют создавать прочные наноячейки, например, для таргетированной доставки лекарств в организме.
Международный коллектив ученых из Франции (Лотарингия), Узбекистана и России (ИТМО в Санкт‑Петербурге и ЮУрГУ — от Южного Урала в проекте участвует старший научный сотрудник Ирина Юшина) предложил заставить кристалл с металлорганическим каркасом светиться. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале «Обзоры по лазерам и фотонике».
Как сообщает пресс-служба Минобрнауки РФ, ученые использовали кристалл металл‑органического каркаса на основе эрбия и тримезиновой кислоты (Er‑BTC). Его уникальная нецентросимметричная структура (ячейка размером 1×1×1,4 нм) обладает высокой гиперполяризуемостью, благодаря чему кристалл эффективно смешивает световые волны и распространяет их практически в любом направлении.
Подсвечивая тонкий кристалл толщиной всего 50 мкм лазерными импульсами с длиной волны 800−1520 нм, исследователи получили на выходе до 32 пиков (цветов) в спектре от 400 до 750 нм. Иными словами, невидимый человеческим глазом инфракрасный луч на входе преобразовывался в видимый свет — от фиолетового до темно‑красного, и даже чуть шире этого диапазона.
Полученные цвета оказались не только насыщенными, но и устойчивыми: они сохранялись в течение двух часов работы установки даже при нагреве до 50°C.
В совместном исследовании я занимаюсь квантовыми химическими расчетами, которые не предполагают прямую работу с образцом, но отвечают за работу с его структурной моделью. Для некоторых задач это оказывается очень полезно, так как реальный кристалл, который фигурирует в данной работе, очень маленький, для него нет возможности получить ориентационные данные. Используя полученные нами результаты расчетов, можно попробовать сопоставить расчетное и экспериментальное представления о структуре кристалла, сравнить данные и получить их интерпретации, которые наблюдаются в эксперименте. Конкретно моя роль в исследовании — расчетная. Это попытка объяснить: какие именно структурные принципы лежат за наблюдаемыми оптическими эффектами.
Полученные результаты имеют фундаментальное значение: они позволяют детектировать физические процессы в инфракрасном диапазоне через видимый спектр. Это связано с разработками лаборатории квантовой инженерии света ЮУрГУ, в том числе с анализаторами концентраций газа молодого ученого Анны Патеровой, и открывает путь к созданию сверхчувствительных элементов квантовой сенсорики.
Изобретение найдет применение и в лазерной медицине: сейчас хирургам, работающим с лазерами, приходится менять громоздкие насадки для подбора нужной длины волны, а благодаря нанотехнологиям инструменты могут стать значительно компактнее.
Еще одна перспективная область — технологии будущего: 6G‑интернет, квантовые компьютеры и сети нового поколения. В отличие от обычных компьютеров, оперирующих электрическими сигналами, квантовые используют откалиброванные фотоны. Кристалл с металлорганическим каркасом способен стать «сердцем» квантового чипа — он воплотит в компактном решении то, что сегодня физики добиваются лишь в лабораторных условиях, проводя эксперименты с фотонами на оптических столах.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что на физфаке МГУ представили два перспективных варианта квантовых компьютеров.
