ИСТИНА

Проект направлен на исследование новых эффектов, связанных с изменением пространственной формы в двумерных материалах на основе коллоидных атомно-тонких нанолистов полупроводников А2В6. Явление изменения формы молекул под действием внешних воздействий и преобразование его в механическое движение является одной из важных фундаментальных задач и имеет практические приложения для создания молекулярных машин, оптоэлектронных преобразователей, систем (био)химического распознавания, искусственных мускулов и т.п. Однако подавляющее число исследований связано с анализом чисто молекулярных систем, в которых эффект переключения происходит в единичной молекуле, что накладывает ограничения на проявление коллективных эффектов. В настоящем проекте мы предлагаем новый подход к преобразованию химических взаимодействий в механическое движение в системах на основе атомно-тонких нанолистов неорганических полупроводников A2B6, сопряженных с органическими молекулами в двумерную гибридную систему. Исследования будут базироваться на открытом авторами проекта эффекте спонтанного сворачивания двумерных нанолистов CdTe. Планируется исследовать эффект изменения формы двумерных нанолистов за счет взаимодействий в слое лигандов в статическом и динамическом режимах и проанализировать вклад межмолекулярных взаимодействий. Впервые будет изучена возможность создания на основе этих систем молекулярных машин, реализующих механическое движение за счет химических взаимодействий. Проект включает синтез атомно-тонких нанолистов халькогенидов кадмия и цинка с толщиной единицы нанометров и латеральным размером сотни нанометров, полученных растворными методами с использованием оригинальных разработок авторов проекта. Будет изучено влияние лигандов, химически связанных с поверхностью наночастиц и различающихся функциональными группами, в то время как плотность упаковки лигандов будет задаваться типом кристаллической структуры полупроводника. Состав поверхности и анализ взаимодействий в слое лигандов будет изучен методом FTIR спектроскопии, в том числе in-situ. Кристаллическая структура с атомным разрешением будет проанализирована методами рентгеновской и электронной дифракции и ПЭМВР. Размеры и морфология будут исследована методами ПЭМ, РЭМ, ПЭМВР. Для анализа изменения формы нанолистов будут использованы методы ПЭМ, зондовой микроскопии и малоуглового рентгеновского рассеяния. Результаты выполнения проекта позволят развить фундаментальные представления о факторах, управляющих пространственной формой двумерных систем, и могут быть полезны для двумерной фотоники и оптоэлектроники.

The project is aimed to study new effects associated with the change in the spatial shape in two-dimensional materials based on colloidal atomically-thin A2B6 semiconductor nanosheets. The phenomenon of changing the shape of molecules under the impact of external stimuli and transforming it into mechanical motion is one of the most important fundamental problems and has practical applications for the creation of molecular machines, optoelectronic transducers, systems (bio) chemical recognition, artificial muscles, and the like. However, an overwhelming number of studies are connected with the analysis of purely molecular systems in which the switching effect occurs in a single molecule, which imposes limitations on the collective effects. In this project, we propose a new approach to the transformation of chemical interactions into mechanical motion in systems based on atomically thin nanostructures of inorganic semiconductors A2B6, conjugated to organic molecules in a two-dimensional hybrid system. The studies will be based on the effect of spontaneous folding of two-dimensional CdTe nanostructures discovered by the authors of the project. It is planned to investigate the effect of changing the shape of two-dimensional nanosheets due to interactions in the layer of ligands in the static and dynamic regimes and to analyze the contribution of intermolecular interactions. For the first time, the possibility of creating molecular machines based on these systems that realize mechanical motion due to chemical interactions will be studied. The project includes the synthesis of atomic-thin nanosheets of cadmium and zinc chalcogenides with a thickness of one nanometer and a lateral dimension of hundreds of nanometers obtained by solution methods using original methods by authors of the project. The effect of ligands with different functional groups chemically bonded to the surface of nanoparticles will be studied, while the packing density of ligands will be determined by the type of crystal structure of the semiconductor. The surface composition and analysis of interactions in the ligand layer will be studied by FTIR spectroscopy, including in-situ methods. A crystal structure with an atomic resolution will be analyzed by X-ray and electron diffraction and HRTEM methods. Sizes and morphology will be investigated by the methods of TEM, SEM, HRTEM. To analyze the change in the shape of nanosheets, the combination of TEM, probe microscopy, and small-angle X-ray scattering methods will be used. The results of the project will allow developing fundamental mechanisms and the factors that control the shape of two-dimensional systems and can be useful for two-dimensional photonics and optoelectronics.

Настоящий проект предполагает развить подходы к синтезу двумерных наночастиц с заданной пространственной формой методами коллоидной химии. В итоге выполнения проекта будут выявлены эффекты и механизмы, лежащие в основе эффекта спонтанного изменения формы, а также проведены поисковые исследования реализации молекулярных машин на основе двумерных систем. - Будут разработаны условия синтеза двумерных коллоидных наночастиц халькогенидов кадмия и цинка с выраженными экситонными эффектами при комнатной температуре. - Будет получена детальная информация об их составе, кристаллической структуре, форме и размерах в зависимости о условий синтеза. - Будут разработаны методы обмена лигандов и проанализировано влияние типа и состава лигандов на структурные и оптические свойства двумерных наночастиц. Будет проанализировано состояние лигандов и межмолекулярные взаимодействия. - Будет проведено систематическое исследование оптических свойств данных систем, включая анализ экситонных эффектов, методами спектроскопии поглощения и люминесценции - Будет проведен cистематический анализ изменения формы данных наночастиц комплексом взаимодополняющих методов (ПЭМ и ПЭМВР, рентгеновская и электронная дифракция, малоугловое рассеяние рентгеновских лучей) и результаты сопоставлены со структурными характеристиками и оптическими свойствами. Будут выявлены механизмы, лежащие в основе эффекта изменения формы. Результаты выполнения проекта позволят развить фундаментальные представления о факторах, управляющих формой двумерных систем, и химии поверхности наночастиц, что непосредственно важно для синтеза наноматериалов с заданными свойствами. Полученные результаты могут быть обобщены на широкий класс двумерных полупроводниковых систем. Результаты будут представлять интерес для двумерной фотоники и оптоэлектроники, а также систем систем (био)химического распознавания и преобразования.