Лаборатория Оптика кристаллов и гетероструктур
с экстремальной двумерностью (L2D)
English

Ведущий ученый

     Бернар Жиль

Грант Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях, подведомственных Федеральному агентству научных организаций, и государственных научных центрах Российской Федерации, в рамках подпрограммы "Институциональное развитие научно-исследовательского сектора" государственной программы Российской Федерации "Развитие науки и технологий" на 2013 - 2020 годы: "Оптика кристаллов и гетероструктур с экстремальной двумерностью".

2017-2019

Недавние достижения в области исследования слоистых полупроводниковых материалов с экстремальной двумерностью (2D), последовавшие за обнаружением уникальных свойств графена, открыли новую эру в физике низкоразмерных систем. Данный проект направлен на создание и развитие фундаментальных представлений физики 2D систем в области оптических явлений, а также на обнаружение и описание оптических эффектов, потенциально имеющих приборное применение в нанофотонике и оптоэлектронике. Основным содержанием проекта является определение комплексными методами - теоретическими и экспериментальными - особенностей и характеристик зонной структуры, спиновых, долинных и экситонных состояний, интерфейсных связей в полупроводниковых 2D кристаллах с толщинами на уровне одиночных монослоев. Будут развиты как модельное описание, так и методы численного моделирования, позволяющие анализировать наблюдаемые явления и предсказывать новые. Для экспериментального исследования 2D структур будет создан оптический центр, оснащенный современным спектроскопическим оборудованием для измерений с пространственным, временным и поляризационным разрешением, а также для проведения магнитооптических и электрофизических исследований нанообъектов. Критически важная задача проекта заключается в создании полупроводниковых 2D кристаллов и гетероструктур методами, совместимыми с современной нанотехнологией. В первую очередь, это - молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ), позволяющая контролировать характеристики слоев на атомарном уровне. Класс 2D систем, подлежащих исследованию в проекте, включает как системы с ван-дер-ваальсовыми связями на основе А3-халькогенидов и А3-нитридов, так и монослойные гетероструктуры на основе А3-нитридов и других соединений с ковалентными/ионными связями. Будут предложены и исследованы принципиально новые 2D системы, такие как "монослойные пироэлектрические" и "изотопные" гетероструктуры, а также системы, содержащие одновременно 2D и нульмерные объекты, структуры типа "сердцевина/2D-оболочка" и 2D металл-полупроводниковые системы, поддерживающие плазменные возбуждения. В результате выполнения проекта будет уточнена зонная структура и определены условия перехода от прямозонного типа к непрямозонному и к инвертированным зонам в различных эпитаксиальных 2D кристаллах и гетероструктурах. Будут установлены ключевые экситонные параметры исследуемых 2D систем и осуществлено развитие концепции спин-контрастной и долин-контрастной оптики. Будет проанализировано взаимодействие между объектами различной размерности и резонансами различной природы, а также изучены свойства предложенных новых типов 2D систем. Выполнение проекта в целом позволит сделать шаг вперед в реализации полупроводниковых приборов на основе 2D систем, таких как наноизлучатели, биодетекторы, поляризаторы и оптические модуляторы. Cоздаваемая для выполнения проекта Лаборатория оптики 2D систем (L2D) будет научным центром мирового значения в этой быстро развивающейся области. В России L2D будет первой лабораторией, проводящей систематические исследования неуглеродных эпитаксиальных 2D систем монослойных и субмонослойных толщин.

Сотрудники:

  • Торопов Алексей Акимович
  • Тарасенко Сергей Анатольевич
  • Шубина Татьяна Васильевна
  • Сорокин Сергей Валерьевич
  • Жмерик Валентин Николаевич
  • Нестоклон Михаил Олегович
  • Терентьев Яков Васильевич
  • Платонов Алексей Владимирович
  • Комиссарова Татьяна Александровна
  • Будза Алексей Анатольевич
  • Пошакинский Александр Валерьевич
  • Рахлин Максим Владимирович
  • Нечаев Дмитрий Валерьевич
  • Смирнов Дмитрий Сергеевич
  • Будкин Григорий Владимирович
  • Казанов Дмитрий Робертович
  • Авдеев Иван Дмитриевич
  • Кошелев Олег Андреевич
  • Орехова Ксения Николаевна

Статьи 2017 г.:

  1. T.Q.P. Vuong, S. Liu, A. Van der Lee, R. Cusco, L. Artus, T. Michel, P. Valvin, J.H. Edgar, G. Cassabois, B. Gil, Isotope engineering of van der Waals interactions in hexagonal boron nitride, Nature Materials (2017), DOI:10.1038/nmat5048, ISSN:1476-1122, Impact Factor 39.737 (Q1).
  2. T.A. Komissarova, E. Kampert, J. Law, V.N. Jmerik, P. Paturi, X. Wang, A. Yoshikawa, and S.V. Ivanov, Electrical properties of surface and interface layers of the N- and In-polar undoped and Mg-doped InN layers grown by PA MBE, Applied Physical Letters 112, 022104 (2018), DOI:10.1063/1.5009794, ISSN:0003-6951, Impact Factor 3.41 (Q1).
  3. D.S. Smirnov, T.V. Shubina, K.G. Belyaev, D.A. Kirilenko, M.O. Nestoklon, M.V. Rakhlin, A.A. Toropov, I.V. Sedova, S.V. Sorokin, S.V. Ivanov, B. Gil, Exciton Bound to 1D Intersections of Stacking Fault Planes with a ZnSe Quantum Well, physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters 1700410 (2018), DOI:10.1002/pssr.201700410, ISSN:1862-6270, Impact Factor 3.032 (Q1).
  4. Thi Huong Ngo, Bernard Gil, Benjamin Damilano, Pierre Valvin, Aimeric Courville, and Philippe de Mierry, Photo-induced droop in blue to red light emitting InGaN/GaN single quantum wells structures, Journal of Applied Physics 122, 063103 (2017); DOI:10.1063/1.4997608, ISSN:0021-8979, Impact Factor 2.068 (Q2).
  5. D.R. Kazanov, A.V. Poshakinskiy, T.V. Shubina, Resonant photonic crystals based on van der Waals heterostructures for effective light pulse retardation, Superlattices and Microstructures 112, 639-643 (2017), DOI:10.1016/j.spmi.2017.10.021, ISSN:0749-6036, Impact Factor 2.02 (Q2).
  6. T.H. Ngo, N. Chery, P. Valvin, A. Courville, P. de Mierry, B. Damilano, P. Ruterana, B. Gil, Internal quantum efficiency in polar and semipolar (11-22) InxGa1-xN/InyGa1-yN quantum wells emitting from blue to red, Superlattices and Microstructures (2017), DOI:10.1016/j.spmi.2017.10.030. ISSN:0749-6036, Impact Factor 2.02(Q2).
  7. D.R. Kazanov, A.V. Poshakinskiy, S.V. Sorokin, and T.V. Shubina, Light propagation through conventional and extreme-2D van-der-Waals resonant photonic crystals, Journal of Physics: Conference Series 917, 062022 (2017). ISSN:1742-6588, DOI:10.1088/1742-6596/917/6/062022.
  8. E.A. Evropeytsev, V.N. Jmerik, D.V. Nechaev, S. Rouvimov, T.V. Shubina, V.Kh. Kaibyshev, G. Pozina, S.V. Ivanov, and A.A. Toropov, Coexistence of type-I and type-II band line-ups in 1-2 monolayer thick GaN/AlN single quantum wells, Journal of Physics: Conference Series 917, 062050 (2017). ISSN:1742-6588, DOI:10.1088/1742-6596/917/6/062050.

Доклады на конференциях 2017 г.:

  1. Bernard Gil, Understanding the optical properties of BN: the stairway for deep UV emission, 2nd Int. Conference on Physics of two dimensional Crystals (ICP2C2), Ha Long, Vietnam, April, 25-30 (2017) (invited).
  2. Bernard Gil, Internal quantum efficiency in InGaN-GaN heterostructures emitting from blue to red, 25th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", Saint Petersburg, June 26-30, 2017, WBGN.01i (invited).
  3. A.A. Toropov, Type-I versus type-II band line-ups in GaN/AIN single monolayers. 2nd Int. Conference on Physics of two dimensional Crystals (ICP2C2), Ha Long, Vietnam, April, 25-30 (2017) (invited).
  4. Sergey Tarasenko, Electron Zitterbewegung in semiconductor layers, 2nd Int. Conference on Physics of two dimensional Crystals (ICP2C2), Ha Long, Vietnam, April, 25-30 (2017) (invited).
  5. T.V. Shubina, A.V. Poshakinskiy, D.R. Kazanov, S.V. Sorokin, and B. Gil, Slow light in resonant photonic crystals, 2nd Int. Conference on Physics of two dimensional Crystals (ICP2C2), Ha Long, Vietnam, April, 25-30 (2017) (invited).
  6. T.V. Shubina, Light propagation in crystals, resonant photonic crystals, and van der Waals heterostructures, International Conference on Terahertz emission, Metamaterials and Nanophotonics (TERAMETANANO-2), Venice, Italy, May, 28 - June, 2 (2017) (invited).
  7. Т.В. Шубина, Д.Р. Казанов, А.В. Пошакинский, С.В. Сорокин, B. Gil, Замедление света резонансными фотонными кристаллами и брэгговскими ван-дер-ваальсовыми гетероструктурами, XXI Межд. Симп. "Нанофизика и наноэлектроника", Нижний Новгород, Россия, 13-16 марта, 778-779 (2017) (устный).
  8. D.R. Kazanov, A.V. Poshakinskiy, T.V. Shubina, and S.A. Tarasenko, Optical activity of chiral van der Waals stacks, Proc. 25 Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" Saint-Petersburg, Russia, June 26 - July 1, 200 (2017) EN.08o, 200, (устный).
  9. Dmitrii Kazanov, Alexander Poshakinskiy, Tatiana Shubina, Sergey Tarasenko, Optical rotation in chiral van der Waals stacks, Abstracts of Int. Conf. "Nanophotonics and Micro/Nano Optics (NANOP)", September 13-15, Barcelona, Spain, 217 (2017) (устный).
  10. Alexander Poshakinskiy, Optical activity and circular birefringence in chiral van der Waals stacks. The 18th International Conference on Physics of Light-Matter Coupling in Nanostructures, Wurzburg, Germany, 9-14 July 2017, (poster).
  11. Казанов Д.Р., Пошакинский А.В., Шубина Т.В., Тарасенко С.А., Оптическая активность киральных ван-дер-ваальсовых структур, Тезисы 13 Российской конференции по физике полупроводников (РКФП-XIII), 2-6 октября, Екатеринбург, Россия, 186 (2017), (устный).
  12. D.R. Kazanov, A.V. Poshakinskiy, S.V. Sorokin, T.V. Shubina, Light propagation through conventional and extreme-2D van-der-Waals resonant photonic crystals, 4th International School and Conference SPB OPEN 2017, Saint Petersburg, 3 - 6 апреля 2017, (poster).
  13. D.V. Nechaev, M.V. Rzheutski, E.V. Lutsenko, S. Rouvimov, S.V. Ivanov, and V.N. Jmerik, Monolayer-thick compositional inhomogeneities in AlGaN layers grown by plasma-assisted MBE with asymmetric nitrogen flux diagram, Abstracts of 12 Int. Conf. on Nitride Semiconductors (ICNS12), July 24-28, Strasbourg, France A1.40 (2017), (poster).
  14. E.A. Evropeytsev, V.N. Jmerik, D.V. Nechaev, S. Rouvimov, T.V. Shubina, V.Kh. Kaibyshev, G. Pozina, S.V. Ivanov, and A.A. Toropov, Coexistence of type-I and type-II band line-ups in 1-2 monolayer thick GaN/AlN single quantum wells, 4th International School and Conference SPB OPEN 2017, Saint Petersburg, 3 - 6 апреля 2017, (poster).