В Сколтехе совместно с коллегами из Курчатовского института, ИОФ РАН и ИФТТ РАН изготовили масштабную копию панциря диатомовой водоросли, превышающую оригинал в тысячи раз. Эта работа, поддержанная грантом РНФ, позволила наглядно подтвердить предсказанный годом ранее оптический эффект, но уже в терагерцовом (ТГц) диапазоне, который считается крайне перспективным для диагностики и контроля качества.
Панцирь диатомеи представляет собой природную фотонную структуру. Его сложная трехмерная архитектура работает наподобие дифракционной решетки, перераспределяя проходящий свет. Миллионы лет эволюции отточили эту структуру для фокусировки солнечного света внутри клетки — это явление известно как эффект Тальбота. В природе он работает с видимым спектром, но при увеличении масштаба образца в 2 тысячи раз взаимодействие излучения с решеткой смещается в терагерцовую область.
Главной инженерной задачей стало воспроизведение изощренной многослойной сети отверстий. В пресс-службе Сколтеха рассказали, что, что исследователям пришлось выполнить детальную реконструкцию геометрии на основе множества снимков с электронного и атомно-силового микроскопов, чтобы адаптировать параметры LCD-печати для создания точной копии. Ранее подобные эффекты в ТГц-диапазоне изучали преимущественно на плоских решетках, тогда как для объемной структуры панциря экспериментальное подтверждение получено впервые.
Терагерцовое излучение безопаснее рентгена и чувствительно к молекулам воды, что делает его удобным для диагностики рака кожи. Кроме того, оно отлично проникает в диэлектрики, позволяя выявлять скрытые дефекты материалов без разрушения. Однако прогрессу мешает нехватка качественных линз и зеркал для управления таким излучением. Увеличенная копия панциря — прообраз именно таких элементов.
По словам старшего преподавателя Сколтеха Юлианы Цветинович, следующим шагом будет проектирование структур по образу диатомей из материалов с низкими оптическими потерями. Такой подход упрощает расчеты и удешевляет производство за счет 3D-печати по сравнению с дорогостоящей литографией.
Ранее ученые Сколтеха разработали обновленную репортерную систему — инструмент для скрининга антибиотиков, нарушающих синтез РНК у грамотрицательных бактерий.