Научно-исследовательская лаборатория «Многофункциональные стеклообразные материалы» (МСМ)

Общая численность сотрудников лаборатории – 9, из них молодых исследователей (до 39 лет) – 4, иностранных исследователей – 3.

• Многофункциональные стеклообразные материалы нового поколения для микрооптики и наноплазмоники.
• Наноструктурирование сверхвысоким электрическим полем. Безмасковая литография 2D и 3D металлических и диэлектрических, в том числе нелинейно-оптических, структур для фотоники, сенсорики и микроанализа.
• Металлические наночастицы на поверхности стекол: технология самоорганизации, свойства, приложения. Высокочувствительные биосенсоры на основе самоорганизованных металлических наночастиц.

В числе важнейших результатов исследований лаборатории МСМ:

• разработка уникального подхода к селективной модификации стекол за счет использования профилированных электродов, что дает возможность формирования двумерных структур, т.е. «печати» рисунка, отличающегося по своим свойствам от исходного стекла, и изготовления структур с размерами вплоть до субмикронного;
• обнаружение формирования диэлектрических кристаллов в модифицированных электрическим полем областях стекла. В частности, продемонстрировано образование кристаллов анатаза, TiO2, при электрополевой обработке промышленного стекла с высоким содержанием титана, и кристаллов ортосиликата кальция, Ca2SiO4, и диопсида, CaMgSi2O6, при последовательных электрополевой и термополевой обработках натрий-кальций магниевых силикатных стекол. Эффект представляет интерес, например, для создания элементов квазисинхронной генерации второй гармоники на оптических волноводах;
• установление связи между резонансными характеристиками изолированных металлических наночастиц, формируемых обратной диффузией, их плазмонными свойствами и усилением ими комбинационного рассеяния. Показано, что облучение импульсами лазера поверхности стекла, содержащего в высокой концентрации ионы серебра, приводит к формированию наночастиц серебра, демонстрирующих резонанс локализованных поверхностных плазмонов, на поверхности и в подповерхностной области образца;
• демонстрация существенного увеличения сигнала комбинационного рассеяния изготовленными плазмонными наноструктурами, обеспечивающего чувствительность к 1/20 монослоя аналита.

Изображение Тауэрского моста, полученное в стекле с ионным обменом серебро-натрий с помощью лазерного облучения. Контраст формируется за счет формирования наночастиц серебра под действием лазера.	Наночастицы серебра на дне микроканалов в силикатном стекле, полученные методом обратной диффузии из стекла после ионного обмена и обработки в электрическом поле и атмосфере водорода. Такие каналы могут использоваться в микрофлюидике для контроля химических реакций в реальном времени.	Комплексы наночастиц серебра (hot spot) на поверхности силикатного стекла после ионного обмена и обработки в электрическом поле и атмосфере водорода. Контроль количества наночастиц достигается за счет размеров отверстия электродов, используемых при обработке электрическим полем. «Горячие точки» металлов многократно усиливают электрическое поле.

Прикладное применение исследований лаборатории МСМ – изготовление 1) ионообменных канальных оптических волноводов, интегрально-оптических элементов на их основе и других 3D ионообменных структур; 2) элементов растровой оптики и фазовых масок, в том числе для компенсации аберраций оптических элементов. Создание высокочувствительных датчиков для регистрации сверхмалых количеств химических и биологических веществ, основанное на усилении плазмонными структурами комбинационного рассеяния света в детектируемом веществе.

Заказчики и партнеры лаборатории: АО «НПО Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (холдинг «Швабе» ГК «Ростех»), Минобрнауки России, РНФ, РФФИ, Университет Восточной Финляндии, Институт исследований керамики (Лимож, Франция), Исследовательский центр оптоэлектроники (Саусгемптон, Великобритания), Школа науки и техники университета Данди (Великобритания), Университет Бордо (Франция), Лаборатория “Light, nanomaterials, nanotechnologies” технологического университета Труа (Франция) и др.

• Высокочувствительные биосенсоры на основе самоорганизованных металлических наночастиц (заказчик – Минобрнауки, 3.2869.2017/ПЧ);
• Наноструктурирование сверхвысоким электрическим полем (заказчик – РНФ, 16-12-10044);
• Структура и свойства самоорганизованных и композитных мезоструктурированных сегнето- и пьезоэлектриков и мультифункциональных материалов (заказчик – РНФ, 14-22-00136);
• Новые принципы формирования нанокомпозитных и нанопористых материалов с помощью реактивной диффузии при ионном обмене в стеклах (заказчик – РФФИ, 14-02-00127);
• Металлические наночастицы на поверхности стекол: технология самоорганизации, свойства, приложения (заказчик – Минобрнауки, 16.1233.2014/K).

Зарегистрированные результаты интеллектуальной деятельности (РИД):

• Способ микропрофилирования поверхности многокомпонентных стекол. Патент №2693097, зарегистрирован 15.03.2018, регистр. номер 2018109297. Авторы: Липовский А.А., Редуто И.В., Редьков А.В.
• Способ изготовления сенсорного модуля, основанного на эффекте гигантского комбинационного рассеяния, для микрофлюидных устройств. Патент №2695916, зарегистрирован 09.07.2018, регистр. номер 2018125045. Авторы: Липовский А.А., Бабич Е.С., Редьков А.В.
• NANORES. Программа для расчета спектрального положения плазмонного резонанса и локального усиления электрического поля в металлических наночастицах в зависимости от окружающей среды, включая биологические среды. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2018660528, дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 22 марта 2021 г. Авторы: Журихина В.В.
• Программа для расчета функции распределения металлических наночастиц, формирующихся на поверхности ионообменного стекла в процессе отжига в восстанавливающей атмосфере. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2021614258, дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 23 августа 2018 г. Авторы: Липовский А.А., Бабич Е.С., Редьков А.В.

• Scherbak S.A., Kaasik V.P., Zhurikhina V.V., Lipovskii A.A. (2021). SEM-visualization of a spatial charge and a giant potassium peak in a corona-poled glass. Journal of Physics: Condensed Matter, 33(23), 235702 (https://doi.org/10.1088/1361-648X/abf383) (Q1).
• Dergachev А., Kaasik V., Lipovskii A., Melehin V., Redkov A., Reshetov I., Tagantsev D. (2020). Control of soda-lime glass surface crystallization with thermal poling. Journal of Non-Crystalline Solids, 533 (https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.119899) (Q1).
• Babich E.S., Redkov A.V., Melehin V.G., Khlopin D., Béal J., Laux F., ... Lipovskii A.A. (2020). CW laser-initiated formation of nano-Si crystals in glass-metal nanostructures. Journal of the American Ceramic Society, 103(8), 4625-4631 (https://doi.org/10.1111/jace.17094) (Q1).
• Reduto I., Kamenskii A., Brunkov P., Zhurikhina V., Svirko Yu., Lipovskii A. (2019) Relief micro- and nanostructures by the reactive ion and chemical etching of poled glasses. Optical Materials Express. 9(7) 3059–3068 (https://doi.org/10.1364/OME.9.003059) (Q1).
• Lipovskii A.A., Redkov A.V., Rtischeva A.A., Tagantsev D.K., Zhurikhina V.V. (2019) Kinetics of ion-exchange-induced vitrification of glass-ceramics. Journal of the American Ceramic Society 102,3426-3431 (https://doi.org/10.1111/jace.16253) (Q1).