Исследователи Центра фотоники и двумерных материалов Московского физтеха (МФТИ) совместно с учеными из России, ОАЭ и Китая представили новаторский метод лазерной записи. Сверхъяркие светящиеся метки формируются на уникальном двумерном материале — MXene (максенах). Технология в реальном времени контролирует качество материала и открывает путь к созданию инновационных «умных» покрытий и сенсоров с самодиагностикой дефектов для промышленного применения, микроэлектроники и экологического мониторинга.
Что такое MXene (Максены)?
MXene представляют собой ультратонкие двумерные структуры. Их синтезируют из слоистых соединений (MAX-фаз) с общей формулой Mₙ₊₁AXₙ, где М — переходный металл (молибден, титан), А — элемент III группы (обычно алюминий), Х — углерод или азот. Ключевой шаг получения — селективное травление: обработка кислотой (напр., плавиковой HF) выборочно растворяет алюминиевые атомы, не повреждая M–X связи, и разделяет материал на отдельные слои.
Трансформация недостатка в функционал
При синтезе MXene полное удаление алюминия не всегда достижимо, а остаточные кластеры искажают оптико-электрические свойства. Физики МФТИ нашли блестящее решение. Они сфокусировали лазер на частицах MXene, в результате остаточный алюминий окислился до Al₂O₃. Удивительно, но эти точки начали интенсивно люминесцировать.
Механизм лазерной записи на Максенах
Яркое излучение (~600 нм) возникает благодаря атомам хрома, в малых количествах присутствующим в материале и окружающей среде. Под действием лазера они встраиваются в формирующийся оксид. Так технология превратила главную примесь — остаточный алюминий — в наноразмерные центры, подобные рубиновым (Al₂O₃:Cr³⁺), излучающие свет в узкой полосе спектра.
Перспективы новой технологии МФТИ
Лазерная запись генерирует локализованные сверхъяркие источники в MXene, платформы для нанофотоники и оптоэлектроники. Прикладное значение сложно переоценить: метод обещает революцию в создании интегрированных сенсорных элементов следующего поколения для гибкой электроники, систем экоконтроля и инженерного ноослежения. Это яркий пример успеха ученых МФТИ Сергея Новикова и Алексея Большакова.
«`html
Универсальный контроль чистоты MXene через рубиновое свечение
«Нам удалось продемонстрировать удивительный феномен: яркая рубиновая люминесценция возникает практически в любом MXene после обработки лазерным излучением, даже если изначально материал не содержит хром! Минимальные природные примеси этого элемента, неизбежно присутствующие, запускают эффект свечения. Это открытие превращает метод в универсальный и очень эффективный инструмент для контроля чистоты уникальных материалов MXene», — поделился радостной новостью Сергей Новиков, заведующий лабораторией контролируемых оптических наноструктур Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Быстрый анализ и встроенные сенсоры: преимущества новой технологии
Разработанный подход позволяет проводить быстрый и практически бесконтактный анализ, точно определяя степень удаления алюминия из MXene. Но что еще важнее — созданные рубиновые центры проявляют высокую чувствительность! Они прекрасно реагируют на механические деформации, изменения температуры и химического окружения, по сути становясь интегрированными в материал наносенсорами. Это открывает замечательные перспективы: лазерно-обработанный MXene можно использовать для мониторинга коррозии в морской воде, контроля деформаций в гибкой электронике и анализа состояния окружающей среды.
От недостатка к преимуществу: лазерное преображение примесей
«Наше исследование показало поразительный поворот: то, что ранее считалось существенным недостатком MXene — остаточные следы алюминия, теперь может стать их ключевым достоинством! Лазерное воздействие трансформирует эти примеси во встроенные рубиновые наносенсоры. Эти крошечные "стражи" постоянно сообщают о состоянии материала, будь то его деформация, температура или химические изменения в среде», — с энтузиазмом объясняет директор Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, Алексей Большаков.
Центр фотоники МФТИ: где рождаются прорывные технологии
Центр фотоники и двумерных материалов МФТИ представляет собой всемирно признанный хаб для инновационных исследований. Здесь передовые научные идеи превращаются в реальные технологии и решения, приносящие пользу бизнесу и обществу. Основанный в 2016 году, Центр объединяет 10 динамичных лабораторий, фокусирующихся на опережающих исследованиях с прямым применением в промышленности и высокотехнологичных секторах: от энергетики и нефтегазохимии до телекоммуникаций, IT и современных медицинских технологий.
В этом значимом исследовании участвовали ученые из МФТИ, XPANCEO (ОАЭ), ПНИПУ, МГУ имени Ломоносова, ДВФУ, Шэньчжэньского университета MSU-BIT, Алферовского университета. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования России (соглашения № FSMG-2024-0014 и FSMG-2021-0005).
«`
Прорыв в лазерных технологиях!
Учёные разработали инновационный подход к записи информации с помощью лазера на сверхтонких материалах. Этот метод открывает потрясающие перспективы для создания миниатюрных электронных устройств нового поколения.
Будущее на кончике луча
Точные лазерные импульсы позволяют создавать микроскопические структуры с беспрецедентной чёткостью. Технология обещает революцию в производстве компактных сенсоров, гибких дисплеев и высокоскоростных процессоров, приближая эру умных гаджетов будущего!
Источник: scientificrussia.ru
