Kernius Vilkevičius lazerio impulsais kuria nanostruktūras, leidžiančias valdyti šviesą: FTMC mokslininkas tapo technologijos mokslų daktaru

Lazerinių technologijų skyriaus tyrėjas dr. Kernius Vilkevičius apgynė daktaro disertaciją „Tauriųjų metalų gardelių nanoinžinerija femtosekundiniu lazeriu ir jų plazmoniniai taikymai“ (mokslinis vadovas – dr. Evaldas Stankevičius). Savo tyrimuose jis nagrinėjo, kaip itin trumpais lazerio impulsais galima formuoti nanostruktūras aukso ir sidabro paviršiuose ir panaudoti jas šviesai valdyti. Šie tyrimai gali prisidėti prie jautresnių optinių jutiklių ir pažangesnių medžiagų analizės technologijų kūrimo.

Šviesa, pasiekusi medžiagos paviršių, gali nuo jo atsispindėti, būti sugeriama arba sutelkta mažame plote. Tai, kaip šviesa elgiasi, priklauso ne tik nuo jos šaltinio, bet ir nuo paviršiaus savybių. Vienas iš būdų šiuos procesus valdyti – pakeisti paties paviršiaus struktūrą.

Tam pasitelkiamos nanostruktūros – itin maži dariniai, kurių matmenys siekia vos kelias milijardines metro dalis. Nors jie labai maži, gali reikšmingai pakeisti šviesos sąveiką su medžiaga.

Ypač įdomios šiuo požiūriu yra plazmoninės struktūros. Kai šviesa sąveikauja su tam tikros formos metaliniais nanodariniais, jų paviršiuje pradeda svyruoti laisvieji elektronai. Šie kolektyviniai elektronų svyravimai vadinami paviršiniais plazmonais. Dėl šio reiškinio galima sustiprinti šviesos sąveiką su medžiaga ir sutelkti šviesą itin mažame plote.

„Mano disertacija yra apie tai, kaip itin trumpais lazerio impulsais galima formuoti labai mažų matmenų nanodarinius tauriųjų metalų – aukso ir sidabro – paviršiuje ir kaip šios struktūros keičia šviesos sąveiką su medžiaga. Tinkamai suformavus nanodarinius, galima valdyti, kaip šviesa atsispindi, sugeriama ir koncentruojama. Darbe tyriau įvairių formų darinių formavimą, jų optines savybes ir galimas praktinio pritaikymo sritis“, – pasakoja mokslininkas.

Viena iš perspektyvių tokių nanostruktūrų taikymo sričių – jautrūs optiniai jutikliai. Jie gali padėti aptikti net labai mažus aplinkos pokyčius, pavyzdžiui, skysčių ar dujų lūžio rodiklio pasikeitimus. Lūžio rodiklis nusako, kaip šviesa sklinda tam tikroje medžiagoje. Jam pasikeitus galima spręsti apie tiriamosios medžiagos sudėtį ar savybes.

Tokie jutikliai galėtų būti naudojami cheminėms ir biologinėms medžiagoms aptikti, įvairiems skysčiams analizuoti ar aplinkos parametrams stebėti.

Kita svarbi tyrimų kryptis – šviesos sutelkimas itin mažame plote. Metaliniai nanodariniai gali sustiprinti šviesos sąveiką su medžiaga ir padėti geriau stebėti labai mažus optinius reiškinius, pavyzdžiui, šviesos sklaidą. Tai aktualu atliekant spektroskopinę analizę – tiriant, kaip medžiaga sąveikauja su šviesa, kad būtų galima nustatyti jos sudėtį. Toks metodas gali padėti aptikti net labai mažus baltymų, virusų ar biologinių žymenų kiekius.

„Šių struktūrų pritaikymo galimybės priklauso nuo jų formos. Viena forma tinkamesnė vienam taikymui, kita – kitam. Todėl svarbu ne tik gebėti suformuoti nanodarinius, bet ir suprasti, kaip jų geometrija lemia optines savybes“, – aiškina K. Vilkevičius.

Disertacija paremta šešiais moksliniais straipsniais ir vienu nacionaliniu patentu. Trijų tyrėjo straipsnių tyrimų rezultatai taip pat buvo pristatyti mokslinių žurnalų viršeliuose.

„Labiausiai džiaugiuosi, kad doktorantūra buvo itin produktyvi – tiek atliktais tyrimais ir pasiektais rezultatais, tiek jų pristatymu konferencijose. Smagu, kad mūsų tyrimai turi ne tik mokslinę, bet ir technologinę vertę bei potencialą“, – sako Kernius.

FTMC informacija