Учёные ТУСУРа разрабатывают оптические сенсоры на основе плёнки оксида индия

Учёные ТУСУРа планируют разработать новые подходы в формировании газочувствительных и биомедицинских оптических сенсоров на основе выявленных закономерностей возбуждения и распространения поверхностных электромагнитных волн в структурах диэлектрик/плёнка ITO. Они смогут применяться при создании датчиков для техносферной безопасности, высокоточных температурных датчиков, а также в медицине.

«Технология оптических биосенсоров, функционирующих на основе эффекта поверхностного плазмонного резонанса, становится одним из основных подходов при исследовании разнообразных межмолекулярных взаимодействий, — отмечает Юрий Жидик. — Она носит универсальный характер и позволяет регистрировать взаимодействия между молекулярными объектами в широком диапазоне концентраций. Биосенсоры на основе поверхностного плазмонного резонанса имеют очень высокую точность и чувствительность, что и обусловливает их всё нарастающее применение как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях».

Фундаментом для проекта молодого учёного стали результаты, полученные в лаборатории интегральной оптики и радиофотоники (ИОР) при кафедре физической электроники. На её базе проводится разработка технологии осаждения и исследование электрофизических свойств плёнок оксида индия, легированного оловом (ITO), а также исследование возбуждения и распространения поверхностных электромагнитных волн при возникновении поверхностного плазмонного резонанса в структурах диэлектрик/металлическая плёнка.

«Профессору нашей кафедры Серафиму Всеволодовичу Смирнову при проведении предварительных исследований удалось зарегистрировать возбуждение поверхностных электромагнитных волн в структурах диэлектрик/металлическая плёнка титана. После чего под его руководством студентами и аспирантами кафедры началось активное исследование этого явления, — рассказывает молодой учёный. — Одновременно с этим понимание физики происходящего процесса и перспективы применения хорошо исследованного нами к этому моменту материала ITO позволили спрогнозировать преимущества использования структур диэлектрик/плёнка ITO в составе оптических сенсоров».

Традиционно в качестве проводящего слоя используются дорогостоящие металлы: золото, платина. Применение в качестве проводящего слоя плёнок ITO имеет преимущество в возможности обеспечения заданной концентрации электронов проводимости проводящего материала. Изменение концентрации электронов проводимости позволяет выбрать длину волны, на которой наблюдается поверхностный плазмонный резонанс, и соответственно скорректировать длину волны работы оптического сенсора. Соответственно с помощью одного материала можно изготавливать оптические датчики для сенсоров, которые работают в широком спектральном диапазоне. Это значительно расширяет функционал аналитического оборудования, использующего такого типа сенсоры.

«Благодаря этому мы можем добиться высокой чувствительности и необходимых условий работы создаваемых впоследствии оптических сенсоров, настраивая их под конкретные задачи. На данный момент основные трудности заключаются в решении одной из распространённых проблем оптики: ввод – вывод оптического излучения в твёрдом теле сопровождается большими потерями, связанными с отражением и рассеиванием света. Для решения этой задачи будет активно задействовано специализированное оборудование нашей лаборатории ИОР».

В России подобных исследований практически не проводится. При этом они вызывают большой интерес со стороны промпартнёров.

«Наш проект, как вся деятельность нашей лаборатории, нацелен на практическую реализацию, — отмечает Юрий Жидик. — Оптические сенсоры, созданные на основе выявленных закономерностей возбуждения и распространения поверхностных электромагнитных волн в структурах диэлектрик/плёнка ITO, способны занять достойную нишу в сфере аналитических исследований».