О лаборатории

Лаборатория спиновых и оптических явлений в полупроводниках является подразделением Отделения физики твердого тела Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук.

Лаборатория основана на базе лабораторий оптики полупроводников и СпинОптроники (созданой в рамках выполнения работ по программе П.220. Договор от 7 апреля 2014 г. № 14.Z50.31.0021 Ведущий ученый: профессор Манфред Хельмут Байер(Германия))

Руководитель лаборатории – д.ф.-м.н. Кусраев Юрий Георгиевич.

В лаборатории исследуются спиновые явления в полупроводниках, изучаются функциональные возможности спина в полупроводниковых наноструктурах, в разбавленных магнитных полупроводниках и гибридных структурах полупроводник/ металл.

Ежегодно в лаборатории проходят стажировку от 5 до 10 студентов, от 5 до 10 аспирантов и от 1 до 5 молодых ученых.

Регулярно проводятся научные школы, семинары и конференции. В настоящий момент в лаборатории реализуются 3 проекта Российского научного фонда, 3 совместных проекта РФФИ-DFG Совместно с СПбГУ и Техническим университетом города Дортмунда (Германия) лаборатория участвовала в создании первого российско-германского центра совместных исследований International Collaborative Research Centre (ICRC). Совместный проект TRR 160 «Coherent manipulation of interacting spin excitations in tailored semiconductors» поддержан фондами DFG и РФФИ сроком на 12 лет. В рамках проекта осуществляются тесное сотрудничество, взаимные визиты российских и немецких аспирантов и сотрудников.

 

Цель проекта

a) Изучение и понимание спиновых явлений в новейших образцах системах на основе полупроводников. Использование полученных знаний для развития таких областей как спиновая электроника, оптоэлектроника, квантовая информатика и т.д.
b) Добиться возможности оптического и электронного управления спинами в подобных структурах.
c) Разработать гибридные структуры полупроводник/ферромагнетик в которых новые функциональные возможности будут достигаться за счет комбинации разных блоков, оперирующих зарядом или спином.
d) Разработать новые экспериментальные методы, комбинирующие методы оптической спектроскопии и методы магнитного резонанса, для исследования атомной и спиновой структуры точечных дефектов. В качестве конкретного примера: мы ожидаем, что исследование сильно взаимодействующих систем полупроводник/ферромагнетик и высокотемпературной светоиндуцированной спиновой поляризации электронов в GaAs:N и в широкозонном полупроводнике SiC, позволит в будущем создавать совершенно новые спиновые устройства, работающие при комнатной температуре.

Основные задачи

1. Экспериментальное и теоретическое изучение спин-зависимой рекомбинации на парамагнитных центрах при оптической или электрической инжекции носителей в полупроводник или полупроводниковую структуру. Разработка на основе полученных результатов новых устройств для спинтроники.
2. ЭПР, ЭСЭ и ОДМР исследования интересных для спинтроники полупроводниковых наноструктур и одиночных квантовых объектов.
3. Реализация ближнепольной микроскопии для исследования одиночных объектов: квантовых точек, молекул и примесных центров в кристаллах. Демонстрация оптического управления зарядовым и спиновым состоянием.
4. Изучение механизмов, ответственных за эффекты, происходящие на малых расстояниях: i) спин-зависимое туннелирование через интерфейс, ii) s-d (p-d) обменное взаимодействие между носителями заряда и магнитными ионами.





Планируемые результаты

1. Разработка методов, позволяющих использовать спин-зависимую рекомбинацию для получения высоких значений спиновой поляризации (вплоть до 100%) свободных электронов в зоне проводимости, электронов, локализованных на глубоких примесях, и ядер вокруг этих центров, при комнатной температуре и слабом магнитном поле.
2. Теоретическое описание и экспериментальная идентификация главных механизмов, ответственных за взаимодействие спинов носителей в полупроводниковой квантовой яме с намагниченностью ферромагнетика.
3.Оптическое и электрическое управление намагниченностью в гибридных квантовых ямах ферромагнетик/полупроводник.
4. Разработка методологии магниторезонансной спектроскопии основанной на спин-зависимой рекомбинации и спин-зависимой проводимости.
5. Обобщение теории непрямого обменного взаимодействия между двумя парамагнитными центрами в полупроводниковых гетероструктурах.