Исследования физических процессов, определяющих оптические свойства точек, были продолжены и после создания лаборатории. В частности, с использованием спектроскопии микрокомбинационного рассеяния было продемонстрировано сильное влияние локальных напряжений и химиче
Лаборатория «Оптика квантовых наноструктур» - настоящее время
Результаты исследований, опубликованные в самых престижных научных журналах и представленные на международных конференциях, широко цитируются научной общественностью. Эксперимент Нами предложены и развиты уникальные методы линейной и нелинейной оптической спектроскопии наноструктур: выжигание стабильных спектральных провалов, усиленне поверхностью резонансное комбинационное и гиперкомбинационное рассеяние света в присутствии наночастиц серебра и золота, спектроскопия резонансного двухфотонного возбуждения люминесценции, спектроскопия обычного и аккумулированного фотонного эха, когерентный контроль вторичного свечения, безапертурная ближнепольная оптическая микроскопия. Помимо перечисленных методов, сотрудники лаборатории являются экспертами в области использования традиционных стационарных и нестационарных оптических методов для анализа физических и структурно-химических параметров нанокристаллов различного типа. Теория Теоретики лаборатории владеют современными методами теоретического анализа влияния пространственного ограничения на энергетическую структуру электронных и колебательных возбуждений в нанокристаллах, на взаимодействие квазичастиц между собой и с внутренними и внешними электрическими полями, а также на динамику квантовых переходов в наноструктурах. Ими созданы адекватные модели резонансных оптических явлений в полупроводниковых квантовых точках, включая процессы резонансного рассеяния и люминесценции при одно- и двухфотонном возбуждении, электрон-колебательного взаимодействия и его влияния на параметры электронной и колебательной подсистем и динамику оптических переходов, а также модели взаимодействия излучения с системами квантовых точек, обосновывающие использование методов когерентного контроля и безапертурной ближнепольной сканирующей оптической микроскопии при изучении энергетической структуры и динамики носителей.
Впервые был проведен анализ фононной структуры (спектроскопия резонансного микрокомбинационного рассеяния) и параметров люминесценции квантовых точек типа ядро/оболочка (CdSe/ZnS) с изменением толщины оболочки. Он показал, что электронные и фононные параметры ядра в большой степени связаны со структурой оболочки, состоянием границы ядро-оболочка и с локальными механическими напряжениями, возникающими из-за различия постоянных решеток CdSe и ZnS.
Нами показано, что межзонные оптические переходы в индуцированных напряжением квантовых точках на основе InGaAs/GaAs контролируются продольными и поперечными оптическими фононами элементов гетероструктуры, связанными с электронными возбуждениями квантовых точек через деформационный потенциал.
На основе обобщенной теории рассеяния была развита модель энергетического спектра акустических фононов системы квантовая точка/матрица, адекватно описывающая экспериментальные спектры межзонного поглощения и излучения квантовых точек с участием акустических фононов системы.
В результате детальных экспериментальных исследовании спектров фотолюминесценции самоорганизованных InAs/GaAs квантовых точек и их теоретического анализа было показано существование нового эффективного механизма внутризонной релаксации носителей в квантовых точках, встроенных в гетероструктуры с легированными областями. Этот механизм определяется взаимодействием носителей с плазмон-LO-фононными модами подложки на расстояниях вплоть до 100 нм. Создана теоретическая модель соответствующего процесса релаксации и определены его характерные особенности.
Нами показано, что на энергетический спектр и динамику электронных возбуждений квантовых точек сильное влияние оказывает взаимодействие с элементарными возбуждениями окружающей среды: акустическими фононами матрицы, фононами смачивающего слоя ("wetting layer") и фононами границы раздела квантовая точка/барьерный слой в самоорганизованных квантовых точках или границы ядро/оболочка в нанокристаллах типа CdSe/ZnS.
Привлечение новых экспериментальных методов и теоретических подходов позволило продемонстрировать, что зависящее от размеров взаимодействие экситонов и продольных оптических фононов контролирует перенормировку энергетического спектра квантовых точек, особенно сильную в условиях колебательного резонанса. Было обнаружено, что внутризонная релаксация носителей в гетероструктурах с самоорганизованными квантовыми точками на основе InAs/GaAs полностью определяется процессами, связанными с одно и многофононными переходами между экситонными состояниями с характерными временами порядка 30 пс. Гетеродинный вариант аккумулированного фотонного эха был использован для изучения динамики экситонов в CuCl квантовых точках, а также для определения механизмов и характерных времен дефазировки фундаментального экситонного перехода. Впервые были продемонстрированы экстремально длинные времена дефазировки (около 1 нс), определяемые временем жизни экситона. Для исследования динамики экситонов в ансамбле квантовых точек впервые было предложено использовать метод когерентного контроля резонансного спонтанного вторичного свечения: резонансного бесфононнго вторичного свечения, вторичного свечения с участием фононов и термализованного вторичного свечения. Был проведен теоретический анализ физических основ этого метода и показана его перспективность для изучения как неоднородно, так и однородно уширенных систем квантовых точек, была продемонстрирована его экспериментальная реализация для вторичного свечения с участием фононов в ансамбле индуцированных напряжением InGaAs/GaAs КТ.
Результаты этих исследований, посвященные супрамолекулярным системам, углеродным наноструктурам, металлическим и полупроводниковым нанокристаллам (квантовым точкам), получили мировое признание. Сотрудники лаборатории имеют многолетний опыт успешных экспериментальных и теоретических исследований физических свойств полупроводниковых нанокристаллов, выращенных в диэлектрических средах, самоорганизованных и индуцированных напряжением квантовых точек в полупроводниковых гетероструктурах. В тесном сотрудничестве с рядом Университетов Японии, Франции, Германии и Ирландии были выполнены приоритетные экспериментальные и теоретические работы, результаты которых внесли заметный вклад в понимание физических процессов, определяющих оптические свойства квантовых точек и наноструктур на их основе. В частности, резонансными нелинейно-оптическими методами исследовались проявления трехмерного пространственного ограничения в нанокристаллах. В этом направлении были получены новые данные о параметрах электронной и фононной подсистем квантовых точек на основе CdS, CuCl и CuBr, встроенных в диэлектрические матрицы, и развиты адекватные модели электрон-фононного взаимодействия в квантовых точках. Было показано, что существенную роль в формировании электронной и фононной энергетической структуры квантовых точек, а также в динамике их электронных возбуждений играют взаимодействия между квазичастицами. Эффективности этих взаимодействий в наноструктурах и объемных материалах существенно отличаются друг от друга.
Лаборатория «Оптика квантовых наноструктур» организована в составе Центра "Информационные Оптические Технологии" СПбГУ ИТМО в 2005 г. Основу лаборатории составляет группа ведущих сотрудников, перешедших на работу в Университет из Государственного оптического институте имени С.И. Вавилова. Среди них – доктора физико-математических наук , и , которые на протяжении многих лет проводят экспериментальные и теоретические исследования физических процессов, определяющих уникальные оптические свойства наноразмерных объектов.
Заведующий лабораторией – Баранов Александр Васильевич Доктор физико-математических наук, профессор кафедры ОФиСЕ НИУ ИТМО.
Лаборатория "Оптика квантовых наноструктур"
Лаборатория "Оптика квантовых наноструктур" | ЦИОТ - Центр "Информационные Оптические Технологии"
Комментариев нет:
Отправить комментарий