Руководитель направления : профессор Е.А. Константинова

Тел. 939-46-57, комн. 2-15 в здании Центра коллективного пользования физического факультета МГУ

В последнее время резко возросла а ктивность работ в области создания сенсоров (от англ. слова “sense”–чувствовать”) на основе наноматериалов с использованием нанотехнологий, о чем свидетельствует почти экспоненциальный рост зарубежных публикаций по наносенсорам за последнее десятилетие. Поскольку сенсор – это устройство, которое избирательно реагирует на данное химическое соединение (или группу соединений) за счет проходящей химической реакции на распознающем элементе (который может иметь как химическую, так и биологическую природу) и преобразует результат реакции в сигнал (как правило электрический или оптический) с помощью трансдьюсера, то очевидно, что сенсоры благодаря их уникальной селективности должны стать важной и неотъемлемой частью новых микроаналитических систем. Создание таких систем позволит осуществлять мониторинг условий окружающей среды, оповещение об изменениях параметров среды, селективное определение целого ряда реагентов и продуктов, диагностически важных параметров организма человека, особенно в области малых концентраций определяемых веществ.

В нашем научном коллективе изучаются фотоэлектронные свойства используемых для создания наносенсоров материалов, таких как нанокристаллические диоксиды титана и олова, систем типа металл/ твердый электролит/ SiO 2 / Si /металл . Важным свойством нано материалов является наличие чрезвычайно развитой (порядка 100 м 2 /г) и открытой для воздействия различных молекул окружающей среды внутренней поверхности, на которой неизбежно присутствуют образующиеся в процессе формирования, а также при адсорбции молекул точечные дефекты типа ненасыщенных химических связей, большая часть которых обладает ненулевым спином (спиновые центры). Последние являются центрами рекомбинации и захвата неравновесных носителей заряда, что может оказывать существенное влияние на фотоэлектронные свойства указанных объектов, в частности, на величину электрического сигнала, вырабатываемого трансдьюсерами в сенсорных устройствах, который пропорционален концентрации определяемого вещества (или группы веществ) . Поэтому важной фундаментальной задачей, решаемой нами в настоящее время, является исследование на поверхности нанокристаллов диоксида титана, олова, а также гибридных структур типа металл/ твердый электролит/ SiO 2 / Si /металл природы спиновых центров и микроскопических механизмов их взаимодействия с молекулами окружающей среды. Отдельное внимание уделяется изучению влияния природы и концентрации спиновых центров как собственных, так и адсорбционного происхождения на величину проводимости исследуемых структур, которой в итоге и будет определяться чувствительность сенсоров, разрабатываемых на их основе. Результаты выполняемых исследований могут найти достойное применение в области экологии, биотехнологии, фармакологии, генной инженерии для диагностики и мониторинга функционирования живых организмов и объектов окружающей среды .

Научные исследования проводятся совместно с Институтом химической физики имени Н.Н. Семенова, Физико-техническим институтом имени А.Ф. Иоффе, научным Центром имени Гельмгольца (Германия), Институтом имени М. Планка (Германия), Институтом неорганической химии Университета г. Эрлангена (Германия). Студенты, аспиранты и сотрудники нашего коллектива активно участвуют в презентации своих научных результатов на международных и отечественных конференциях, выполняют научно-исследовательскую работу в ведущих зарубежных лабораториях, имеют публикации в ведущих российских и зарубежных журналах, среди которых УФН, Письма в ЖЭТФ, ЖЭТФ, Appl . Phys . A , Chimia и др . Их работы отмечены дипломами, стипендиями и премиями (напр., С.А. Соколов – II премия на конкурсе студенческих курсовых работ 2009г.; В.А. Демин - I премия на конкурсе дипломных работ 2006г., грант Президента РФ 2008г. , Е.А. Константинова - Государственная научная стипендия 1994-2000г.г., стипендия Ученого совета МГУ для молодых ученых и преподавателей 2001–2002 г.г., грант ДААД 1997- 1998 г .г., грант Президента РФ 2003- 2004 г .г., грант Правительства Москвы 2003-2005г.г., грант В.В. Потанина 2003- 2004 г .г., грант МГУ 2007 г ., Премия им. И.И. Шувалова 2007 г ., грант Президента РФ для молодых докторов наук 2008- 2009 г .г.).

Финансирование научных исследований осуществляется по грантам РФФИ и Федерального агентства по науке и инновациям (Роснаука).

Основные научные результаты нашего научного коллектива изложены в следующих работах.

[1] Е.А. Константинова и др. “Взаимодействие молекул диоксида азота с поверхностью кремниевых нанокристаллов в слоях пористого кремния” ЖЭТФ т.126, № 10 (2004).
[2] Sharov C.S. et.al. "Chemical Modification of a Porous Silicon Surface Induced by Nitrogen Dioxide Adsorption", J. Phys. Chem . B , v . 109, р. 4684 (2005).
[3] Осминкина Л.А. и др. "Роль примеси бора в слоях пористого кремния для активации в них свободных носителей заряда при адсорбции акцепторных молекул", ФТП, т. 39, вып. 3, с. 365 (2005).
[4] Осминкина Л.А.,и др. "Влияние адсорбции молекул пиридина на концентрацию свободных носителей заряда и спиновых центров в слоях пористого кремния", ФТП, т. 39, вып. 4, с. 482 (2005).
[5] Е.А. Константинова и др. "ЭПР-диагностика фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода на поверхности нанокристаллов кремния", Письма в ЖЭТФ, т. 85, вып. 1, с. 65 (2007).
[6] P.K. Kashakarov et . al . "Control of charge carrier density in mesoporous silicon by adsorption of active molecules", Phys. Status Solidi (a), v.204, № 5, p.1404 (2007).
[7] E.A. Konstantinova et.al. "Carbon-doped titanium dioxide: visible light photocatalyses and EPR investigation", Chimia v.61, p. 810 (2007).

[8] E.A. Konstantinova et.al. “ EPR Study of the Illumination Effect on Properties of Paramagnetic Centers in Nitrogen–Doped TiO 2 , Active in Visible Light Photocatalysis”, Appl. Mag. Res. v.35, p. 122 (2008).
[9] Е.А. Константинова и др. "Исследование процесса генерации синглетного кислорода в ансамблях фотовозбужденных нанокристаллов кремния методом электронного парамагнитного резонанса", ЖЭТФ, т. 134, вып. 3(9), с. 557 (2008).

[10] E.A. Konstantinova et. al. “IR and EPR study of ammonia adsorption effect on silicon nanocrystals”, Phys. Status Solidi (с), v .206, № 1, p . 1-4 (2008).