Лаборатории фемтосекундной оптики для нанотехнологии

Исследование возможности оптического управления состоянием намагниченности и поляризации в материалах при помощи фемтосекундных лазерных импульсов путем когерентного квантового контроля магнонов и фононов для нового поколения электронных устройств высокоскоростной обработки и хранения информации.

Исследование влияния дефектов различных типов на электронные и оптические свойства двумерных полупроводников и устройств на их основе. Для достижения заданной цели в ходе выполнения проекта разрабатывались методы создания двумерных полупроводников на основе дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) переменного состава и переменной толщины, а также методы создания дефектов различных типов. Проводились работы по поиску новых 2D полупроводников, гетероструктур на их основе и разрабатывались методы их получения. Исследовались оптические свойства (спектры отражения и поглощения, люминесценции при однофотонной и двухфотонной накачке, генерации второй гармоники) в полученных образцах в зависимости от фазового состава, политипов и толщины, а также наличия дефектов. Исследовалась экспериментально и теоретически кинетика релаксации фотовозбужденных носителей заряда в широком временном диапазоне. Исследовались экситонные и транспортные свойства, а также возможности создания на основе монослоев ДПМ устройств электроники.

Определение условий и физических механизмов удаленного сверхбыстрого переключения состояния двухбитовой системы пикосекундным терагерцовым импульсом с целью создания платформы для малодиссипативных функциональных элементов устройств информационных технологий, оперирующих на терагерцовых частотах. Переключение ферроиков (сегнетоэлектриков, мультиферроиков, ферро-, ферри-, антиферромагнетиков) между двумя устойчивыми битовыми состояниями является основным принципом современной технологии хранения данных. Для большинства применений важнейшими параметрами являеются рассеяние тепла на устройстве, и их быстродействие. Поиск концептуально нового способа управления ферроидным состоянием среды с минимально возможной выработкой тепла и в течение кратчайшего времени является новой проблемой в фундаментальных исследованиях конденсированных сред. Такое управление может быть достигнуто только при помощи коротких электромагнитных импульсов. При этом переключение, инициируемое импульсом с энергией фотонов в миллиэлектронвольтах и субпикосекундной длительности, то есть почти однократным импульсом ТГц излучения, обещает самый быстрый и наименее диссипативный способ управления ферроидным параметром порядка. Процессы переключения являются принципиально нелинейными, требуется разработка способов перевода системы в ангармонический режим. В связи с этим в проекте предполагается решить следующие актуальные задачи: 1. Экспериментальное определение условий и наблюдение процессов возбуждения ангармонизма сегнетоэлектрического и магнитного параметров порядка терагерцовым импульсом. 2. Экспериментальное и теоретическое определение условий перехода режима возбуждения терагерцовым импульсом ангармонических фононов и магнонов в режим переключения соответствующего параметра порядка. 3. Определение энергоэдиссипации в исследуемых процессах.

Разработка физических и технологических основ создания новых высокоэффективных поляризационно-чувствительных устройств для нано- и оптоэлектроники (фотодетекторов и фототранзисторов) на основе графеноподобных полупроводников. - моделирование характеристик упорядоченных плазмонных структур, расположенных на двумерных графеноподобных полупроводниках и оценка оптимальных параметров для создания на их основе высокоэффективных устройств наноэлектроники; - разработка технологических приемов и методик создания упорядоченных плазмонных структур на поверхности двумерных графеноподобных полупроводников и создание на их основе фотодетекторов и фототранзисторов; - экспериментальное исследование основных рабочих характеристик созданных экспериментальных устройств: вольт-амперные характеристики, подвижность носителей заряда, фотопроводимость, спектральная фоточувствительность, наличие резонансных оптических пиков, поляризационная чувствительность;

Разработка и создание магнитоэлектрических материалов на основе молекулярных и металлорганических координационных полимеров, которые могут представлять собой альтернативу активно исследуемым в настоящее время однофазным и многофазным магнитоэлектрическим системам, в частности на основе оксидов переходных металлов. Для успешной реализации проекта предложены многоступенчатая стратегия разработки и синтеза передовых магнитоэлектрических молекулярных систем, а также инновационный подход к исследованию синтезированных материалов.

Разработка физических и технологических основ создания новых высокоэффективных спинтронных излучателей ТГц диапазона обладающих возможностью управления терагерцовой поляризацией за счет использования спиновых эффектов в (гетеро)структрах магнитный/немагнитный материал. - определение оптимальных структурных и геометрических параметров создаваемых спинтронных излучателей и детекторов для достижения наибольшей эффективности их работы за счет использования оптических и ТГц интерференционных эффектов; - разработка технологических приемов и методик создания управляемых терагерцовых излучателей на основе гибридных материалов: двумерные дихалькогениды переходных металлов/магнитная (спинтронная) структура; - экспериментальное исследование рабочих характеристик созданных образцов экспериментальных спинтронных генераторов и детекторов ТГц излучения: амплитуда и ширина спектра генерируемого ТГц излучения, параметры управления направлением поляризации ТГц излучения, амплитудой и шириной генерируемого ТГц излучения, спектральная чувствительность, отношение сигнал-шум.