Название:	Квантовые метки в углеродсодержащих наночастицах для биоинформационных технологий
Грантодатель:	Контракты ФЦП
Критическая технология:	Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии
Приоритетное направление:	индустрия наносистем
Ключевые слова:	Углеродные материалы, биологические метки, одиночные фотоны, магнитометры, спинтроника, одиночные дефекты, NV дефекты в алмазе
Тип:	исследовательский
Руководитель(и):	Баранов,ПГ
Подразделения:	лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА)
Код проекта:	8017
Исполнители:	Кидалов,СВ: лаб. физики кластерных структур (Дидейкина,АТ) Вуль,АЯ: лаб. физики кластерных структур (Дидейкина,АТ) Шахов,ФМ: лаб. физики кластерных структур (Дидейкина,АТ) Ильин,ИВ: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Толмачев,ДО: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Солтамова,АА: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Бундакова,АП: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Гурин,АС: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Солтамов,ВА: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Крамущенко,ДД: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Анисимов,АН: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Бабунц,РА: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Шестаков,МС: лаб. физики кластерных структур (Дидейкина,АТ) Измайлов,РР: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Бабунца,РА) Мейлахс,АП: лаб. физики кластерных структур (Дидейкина,АТ) Гец,ДС: лаб. атомной радиоспектроскопии (Александрова,ЕБ)

1. Цель проекта

1.1. 1.1. Формулировка задачи / проблемы, на решение которой направлен реализованный проект).

Определение оптимальных свойств и характеристик углеродных материалов, необходимых для их использования качестве: чувствительных нетоксичных биометок в медицине и сенсоров нового поколения квантовых магнитометров. Создание углеродных материалов, содержащих одиночные дефекты, обладающих свойствами необходимыми для их использования в качестве чувствительных нетоксичных биометок в медицине и сенсоров нового поколения квантовых магнитометров. Создание углеродных материалов, содержащих сверхвысокие концентрации дефектов, необходимые для создания сверхчувствительных магнитометров, с наноразмерным разрешением, способных работать при комнатных температурах, а также для использования в качестве биометок в медицине. Выполнение НИР должно обеспечивать достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно- педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов.

1.2. Формулировка цели реализованного проекта, места и роли результатов проекта в решении задачи / проблемы, сформулированной в п. 1.1

В ходе НИР будут получены следующие результаты:

1. Разработаны методы, обеспечивающие получение наноалмазных материалов со следующей номенклатурой параметров  — концентрации NV дефектов в упорядоченных массивах – не менее 1016 -1018 см-3
2. Будут созданы и исследованы дефекты в карбиде кремния, обладающие уникальными магнито-оптическими свойствами, позволяющими проводить оптически-индуцированную поляризацию спиновых подуровней при комнатной температуре.
3. Разработка методики регистрации температурно-зависимых спектров оптически-детектируемого магнитного резонанса.
4. Будет разработана методика регистрации температурно-зависимых спектров оптически-детектируемого магнитного резонанса.
5. Разработан спектрометр оптически-детектируемого магнитного резонанса, совместимый с атомно-силовым и конфокальным микроскопами.

2. Основные результаты проекта

2.1. Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности, характеристики созданной научной продукции)/ Указание основных характеристик созданной научной продукции (при наличии научной продукции)

Зарегистрированы спектры высокочастотного ЭПР одиночных доноров азота и многовакансионных комплексов в детонационных алмазах (ДНА) с размерами порядка 4.5 нм. Наблюдаемые угловые зависимости спектров высокочастотного ЭПР в спеченных при высоких давлениях и температурах детонационных алмазах однозначно свидетельствуют о самоорганизации ДНА в ориентированные массивы. Зарегистрированные спектры ЭПР и ОДМР вакансионных дефектов в SiC свидетельствуют о возможности реализации инверсной населенности спиновых подуровней вакансии в 4Н и 6Н политипах карбида кремния (SiC) при температурах от 2 К до 250 К. Также впервые показана возможность реализации инверсной населенности спиновых подуровней основного состояния вакансии кремния в SiC при комнатной температуре при оптическом возбуждении неполяризованным светом. Зарегистрированные светоиндуцированные спектры ЭПР и ОДМР вакансионных дефектов в SiC свидетельствуют о возможности реализации инверсной населенности спиновых подуровней вакансии в 4Н и 6Н политипах карбида кремния (SiC) при температурах от 2 К до 250 К. Также впервые показана возможность реализации инверсной населенности спиновых подуровней основного состояния вакансионных кремниевых дефектов в SiC при комнатной температуре при оптическом возбуждении неполяризованным светом. Проведенные в рамках НИР исследования позволили разработать:

• технологические методы получения алмазных и наноалмазных образцов, содержащих азот и NV дефекты, перспективные для создания высокостабильных источников одиночных фотонов и магнитометрии. Получен патент.
• методы получения введения дефектов SiC, обладающие свойствами, перспективными для создания высокостабильных источников одиночных фотонов и магнитометрии. Подана заявка на патент.
• методы контроля одиночных дефектов с использованием электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР).
• Разработаны генераторы на частотах 2.5-3.5 ГГц и 1-1.5 ГГц.
• В рамках выполнения НИР были защищены 2 кандидатские и 1 докторская диссертация подана к защите.