От реалий квантовой механики захватывает дух

Сверхбыстрый LED (серебряный нанокубик на золотой подложке). Иллюстрация Physorg

Нобелевская премия по физике за 2014 год привлекла всеобщее внимание к голубым светодиодам. Они давно стали привычными в повседневном обиходе. В описаниях сути этого технологического изобретения особо подчеркивалось, что светодиоды (LED) размером не больше песчинки, что в век нанотехнологий не особенно и впечатляет. Нанотехнологии не стоят на месте. От реалий квантовой механики захватывает дух. Но они эффективны и с точки зрения коммерческого успеха.

В начале 2014 года ученые Института науки и технологии японской Окинавы предложили гибридные наночастицы с несколькими (3–4) мультикомпонентными сердцевинами, составленными из атомов железа и серебра, поверхность которых покрыта биосовместимым силиконом. Последнее обстоятельство подразумевает, что материал оболочки не вызывает иммунной реакции организма и то, что силикон обладает липучими свойствами для разного рода биополимеров (протеинов, нуклеиновых кислот, антител и т.д.).

В октябре 2014 года одновременно с объявлением имен лауреатов Нобелевской премии по физике сотрудники Массачусетского технологического института (МИТ), что неподалеку от Бостона, сообщили в Nature Communications, что им удалось создать намагниченные наночастицы – квантовые точки – с железным сердечником и кадмиевой оболочкой. Особенностью квантовых точек является их способность светиться (флюоресцировать), что делает их видимыми под микроскопом, за что в этом году дали премию по химии. Магнитный сердечник позволяет управлять движением наноточек, скажем, в клетке, целенаправленно передвигая их в нужном направлении к различным клеточным структурам – митохондриям, вырабатывающим энергию, ядру со слишком активными генами или включать в нем «молчащие» гены иммунной противораковой защиты.

Чуть позже сотрудники Университета в г. Лунд (Швеция) объявили, что в мозге, пострадавшем от ишемического инсульта в результате закупорки одного из мозговых сосудов, вспомогательные астроциты (клетки звездчатой формы, откуда их название) дают сначала незрелые, а затем и вполне активные нейроны (Science). Использование магнитных наночастиц может стимулировать восстановительный процесс репарации нервной ткани за счет новых клеток со свойствами нервных стволовых. В МИТ для покрытия квантовых точек с магнитными свойствами также использовали силикон, к которому буквально липнут различные органические молекулы.

То же с железосеребряными «вкраплениями». Иллюстрация Science daily

В Университете Дьюка в г. Дарем, штат Северная Каролина, липучие свойства светящейся органики использовали для создания LED, испускающих фотоны более чем в тысячу раз быстрее, нежели имеющиеся сегодня (Nature Photonics). Столь разительный результат был достигнут с помощью серебряного нанокубика со стороной 65–95 нанометров (нм), располагающегося на подложке из золота. Ученые добились усиления направленной эмиссии фотонов (84-процентная эффективность). Толщина золотой пленки составляет 50 нм, а зазор между нею и кубиком из серебра не превышает 5–15 нм, то есть чуть толще плоской молекулы флюоресцирующего соединения.

Авторы пишут, что они могут варьировать размеры серебряного кубика, доводя зазор до 1 нм! Это зависит от толщины и размера светящихся молекул. Их расположение в ходе описанных экспериментов было случайным, но ученые ожидают, что упорядоченное положение позволит еще больше повысить производительность их наноконструкта. В идеале они надеются использовать одну-единственную молекулу точно под кубиком еще меньшего размера. Это сделает LED видимыми только в мощный электронный микроскоп, но еще более «светлыми».

Планируется, что будут созданы столь необходимые источники одиночных фотонов, которые можно будет использовать для квантовой криптографии (кодирования сообщений, саморазрушающихся при попытке постороннего доступа). И тогда хакерам придется искать новые области приложения своих усилий…