Японские ученые разработали метод, позволяющий создавать сильно вытянутые структуры из нескольких десятков атомов золота, которые получили название «квантовые иглы» благодаря своим уникальным электронным характеристикам и активному взаимодействию со светом на определенных длинах волн. Эти структуры станут основой для новых датчиков ИК-излучения и солнечных батарей, сообщает пресс-служба Университета Токио.
«Перед началом данного эксперимента мы считали, что в таких необычных условиях синтеза должны образоваться очень мелкие наночастицы золота. При этом мы даже не могли представить, что вместо сферических форм в данной среде появятся золотые наноиглы, состоящие из “троек” атомов золота, сложенных в длинные цепочки», — отметил доцент Университета Токио Татцуя Цукуда.
Физики сделали это открытие, исследуя процесс формирования наночастиц золота в специализированной среде, состоящей из органических или серосодержащих молекул, которые активно взаимодействуют с ионами благородного металла. Эта среда часто используется для роста небольших наноструктур из золота, однако механизмы их роста оставались неизвестными.
Для получения необходимых данных исследователи добавили в данную среду органические соединения серы и кремния, которые не препятствуют взаимодействиям между ионами золота и электронами, но значительно замедляют скорость взаимодействий между отдельными скоплениями атомарного золота после их образования. Применив этот метод, химики синтезировали нанокластеры золота, содержащие от 15 до 34 атомов благородного металла.
Изучение их структуры неожиданно показало, что в такой среде образуются не сферические, а иглообразные наночастицы золота с уникальными электронными и оптическими свойствами, обладающими квантовой природой. Эти свойства заключаются в том, что носители заряда в этих «наноиглах» могут занимать лишь определенные энергетические уровни, что влияет на взаимодействие этих наноструктур с различными формами электромагнитных волн.
Квантовые характеристики этих наноигл из золота могут быть использованы для разработки новых типов солнечных батарей, а также биосенсоров, оптоэлектронных и оптических устройств, активно реагирующих на инфракрасное излучение в ближней части спектра. Кроме того, дальнейшие исследования процесса формирования квантовых «игл» помогут ученым разработать новые методы синтеза самых мелких наночастиц из золота.
Фото: hi-tech.mail.ru