А.О. Синельников1, П.С. Кузнецов2, А.А. Кузнецова3

1,3 Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (Москва, Россия)
2 АО «ГосНИИП» (Москва, Россия)
1 sinelnikov-ao@pfur.ru, 2 ps_kuznetsov@mail.ru, 3 aniakuzneczova@yandex.ru

Постановка проблемы Современные достижения в области нанотехнологий напрямую зависят от развития наноэлектроники, которая находит применение в различных областях науки и техники, включая создание новых устройств для космической отрасли. Уникальные свойства наноструктур и современные технологии их производства необходимы для разработки приборов опто- и наноэлектроники, а также для технологий хранения и передачи информации на большие расстояния. Полупроводниковые лазеры на основе квантовых точек становятся ключевыми компонентами для оптической передачи данных и спектроскопии, что критически важно для повышения эффективности космических аппаратов. Методы инжекции лазерной абляции позволяют создавать многослойные структуры с минимальной толщиной слоев, что значительно улучшает характеристики диэлектрических зеркал и повышает чувствительность кольцевых лазерных гироскопов. Квантовые точки находят широкое применение в разработке высокочувствительных датчиков, способных обнаруживать изменения в электрических полях, температуре и составе газовых смесей.

Цель. Исследовать свойства квантовых точек как объектов, используемых в сенсорах, с акцентом на влияние различных методов синтеза и обработки на параметры, которые существенно изменяют эффективность и стабильность устройств.

Результаты. Анализ влияния размеров и формы квантовых точек на их оптические свойства, включая ширину запрещенной зоны и фотолюминесцентные характеристики, а также оценка влияния квантовых точек на их структурные и функциональные характеристики, дают четкое понимание применения нанообъектов в современных оптоэлектронных устройствах, что способствует созданию более эффективных и высокопроизводительных технологий.

Практическая значимость. Представленная работа полезна не только для дальнейшего изучения темы наноразмерных объектов, но также служит ценным источником информации и выводов для самостоятельного анализа. Собранные данные могут стать основой для других научных исследований в этой области. Интеграция наноструктур в наноэлектромеханические системы открывает новые возможности для создания высокоточных датчиков и исполнительных механизмов бортовых комплексов малых космических аппаратов.

Синельников А.О., Кузнецов П.С., Кузнецова А.А. Нанотехнологии и квантовые точки: перспективы в оптоэлектронике и сенсорных устройствах // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2025. Т. 17. № 2. С. 29–37. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j22250980-202502-03

1. Александрова О.А. Наночастицы, наносистемы и их применение / Под ред. В.А. Мошникова, О.А. Александровой. Часть 1. Уфа: ООО «Аэтерна». 2015. 236 с.
2. Ахмеджанов Р.А., Гущин Л.А., Зеленский И.В. и др.  Использование поликристаллических алмазов для магнитометрии на основе взаимодействия неэквивалентно ориентированных групп NV-центров // Квантовая электроника. 2018. Т. 48. № 10. С. 912–915.
3. Балоян Б.М., Колмаков А.Г., Алымов М.И., Кротов А.М. Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения; Учеб. пособие. 2007. 125 с.
4. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение-1. 2003.
5. Завестовская И.Н. Лазерное наноструктурирование поверхности материалов // Квантовая электроника. 2010. Т. 40. № 11. С. 942–954.
6. Иванова В.С. Введение в междисциплинарное наноматериаловедение. М.: Сайнс-Пресс. 2005. 208 с.
7. Кузнецов П.С. Вопросы и перспективы развития мехатроники и микросистемной техники // Нано- и микросистемная техника. 2024. Т. 26. № 4. С. 159–169. DOI: https://doi.org/10.17587/nmst.25.159-169.
8. Олейников В.А. Квантовые точки в биологии и медицине // Природа. 2010. № 3(1135). С. 22–28.
9. Олейников В.А., Суханова А.В., Набиев И.Р.  Флуресцентные полупроводниковые нанокристаллы в биологии и медицине // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 1–2. С. 160–173.
10. Патент на полезную модель № 104509 U1 (РФ), МПК B28B 1/29, B28B 5/00, B28B 19/00. Устройство для формирования нанодорожек / Е.Н. Ивашов, М.Ю. Корпачев, П.С. Костомаров и др. 2011.
11. Патент на полезную модель № 68181 U1 (РФ), МПК H01J 37/28. Устройство формирования квантовых точек на подложке / Е.Н. Ивашов, А.О. Синельников. 2007.
12. Пячин С.А., Пугачевский М.А., Пагубко А.Б. Новые технологии получения функциональных наноматериалов: лазерная абляция, электроискровое воздействие. Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет. 2014. 75 с.
13. Синельников А.О., Тихменев Н.В., Ушанов А.А., Медведев В.М. Современное состояние и тенденции развития инерциальных навигационных систем на кольцевых лазерных гироскопах // Фотоника. 2024. Т. 18. № 6. С. 450–466. DOI 10.22184/1993-7296.FRos.2024.18.6.450.466.
14. A Quantum-Based Microwave Magnetic Field Sensor. DOI: 10.3390/s18103288.
15. Ali Mirzaei, Zoheir Kordrostami, Mehrdad Shahbaz, Jin-Young Kim, Hyoun Woo Kim, Sang Sub Kim Resistive-Based Gas Sensors Using quantum dots: a review. Sensors, 2022.
16. Rakovich A., Sukhanova A., Bouchonville N., Lukashev E., Oleinikov V. et. al. Resonance Energy Transfer Improves the Biological Function of Bacteriorhodopsin within a Hybrid Material Built from Purple Membranes and Semiconductor Quantum Dots. Nano Lett. 2010.
17. An ultrafast quantum thermometer from graphene quantum dots. DOI: 10.1039/c8na00361k.
18. Barcikowski S., Devesa F., Moldenhauer K. Impact and structure of literature on nanoparticle generation by laser ablation in liquids. Journal of Nanoparticle Research. 2009. V. 11. P. 1883–1893.
19. Bäuerle D. Laser chemical processing: an overview to the 30th anniversary. Applied Physics A. 2010. V. 101. P.. 447–459.
20. Chichkov B.N., Momma C., Nolte S., Alvensleben F., Tünnermann A. Femtosecond, picosecond and nanosecond laser ablation of solids. Applied Physics A Materials Science & Processing. 1996. V. 63(2). P. 109–115. doi:10.1007/bf01567637.
21. Wolf F., Schmidt P.O. Quantum sensing of oscillating electric felds with trapped ions. Measurement: Sensors 18 (2021) 100271. DOI: 10.1016/j.measen.2021.100271.
22. High stability temperature sensors by CdTe quantum dots encapsulated in SiO2/PVA hybrids for bearing rotating elements. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2023.105456.
23. Hochella Jr., M.F., Spencer M.G., Jones K.L. Nanotechnology: nature’s gift or scientists’ brainchild? Environmental Science: Nano. 2015. V. 2. P. 114–119. DOI: 10.1039/C4EN00145A.
24. Nabiev Igor, Mitchell Siobhan, Davies Anthony, Williams Yvonne, Kelleher Dermot et. al. Nonfunctionalized Nanocrystals Can Exploit a Cell's Active Transport Machinery Delivering Them to Specific Nuclear and Cytoplasmic Compartments. Nano Lett. 2007.
25. Park J.Y., Kwak Y., Lim H.-R., Park S.-W., Lim M.S., Cho H.-B., Myung N.V., Choa Y.-H. Tuning the sensing responses towards room-temperature hypersensitive methanol gas sensor using exfoliated graphene-enhanced ZnO quantum dot nanostructures. Journal of Hazardous Materials 438 (2022) 129412. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.129412.
26. Kabashin A.V. Laser ablation-based methods for nanostructuring of materials. Laser physics. 2009. V. 19. P. 1136–1141.
27. Birchall L., Foerster A., Rance G.A., Terry A., Wildman R.D., Tuck C.J. An inkjet-printable fluorescent thermal sensor based on CdSe/ZnS quantum dots immobilised in a silicone matrix. Sensors & Actuators: A. Physical. 2022. V. 347. P. 113977. DOI: 10.1016/j.sna.2022.113977.
28. Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons. DOI: 10.1038/s41586-018-0154-7.
29. Mingyong Han, Xiaohu Gao, Jack Z. Su. Shuming Nie Quantum-dot-tagged microbeads for multiplexed optical coding of biomolecules. Nat Biotechnol. 2001.
30. Rydberg atom-based sensors for radio-frequency electric feld metrology, sensing, and communications. Measurement: Sensors. 2021. V. 18. P. 100273. DOI: 10.1016/j.measen.2021.100273.
31. Semaltianos N.G. Nanoparticles by laser ablation. Critical reviews in solid state and materials sciences. 2010. V. 35. № 2. P. 105–124.
32. Sharma V.K., Filip J., Zboril R., Varma R.S. Natural inorganic nanoparticles – formation, fate and toxicity in the environment. Chemical Society Reviews. 2015. V. 44. P. 8410–8423 DOI: 10.1039/C5CS00236B.
33. Sukhanova A., Venteo L., Devy J., Artemyev M., Oleinikov V. et. al. Highly Stable Fluorescent Nanocrystals as a Novel Class of Labels for Immunohistochemical Analysis of Paraffin-Embedded Tissue Sections. Lab Invest. 2002. DOI: 10.1097/01.LAB. 0000027837.13582.
34. Yang G.W. Laser ablation in liquids: Applications in the synthesis of nanocrystals. Progress in Materials Science. 2007. V. 52. № 4. P. 648–698.