Переключаемая активная фотоника на базе гибридной платформы перовскит-GST

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-10214

НазваниеПереключаемая активная фотоника на базе гибридной платформы перовскит-GST

Руководитель Синельник Артем Дмитриевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-703 - Перспективные технологические процессы микро- и наноэлектроники

Ключевые слова Материалы с фазовым переходом, перовскиты, GST, светодиоды, антиконтрафактные метки, лазерная микрообработка

Код ГРНТИ47.33.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Галоидные перовскиты ABX3 являются новым классом материалов для оптоэлектронных и фотовольтаических применений, таких как светодиоды и солнечные батареи. По сравнению с применяемыми для производства оптоэлектронных устройств полупроводниковыми материалами, такими как, III-V или III-N, для которых требуется использование газофазной или молекулярно-лучевой эпитаксии, для создания и нанесения перовскитов подходят простые растворные методы нанесения -- центрифугирование (spin-coating) или щелевая экструзия (slot-die coating). Шириной запрещенной зоны перовскитов можно управлять изменением состава анионов (а именно, Cl, Br, I), что позволяет перестраивать свойства устройств (длину волны эмиссии и поглощения) в пределах всего видимого диапазона [1]. Однако ионная миграция и присутствие анионов галогенов в перовскитах накладывает ограничение на материалы электродов, которые могут использоваться в устройствах. Так, алюминий, золото или медь, часто используемые в качестве электродов в оптоэлектронике, не годятся для применения в устройствах на основе перовскитов из-за деградации материала электродов [2]. Вместо них применяются прозрачные оксиды индия-олова (ITO, FTO) [3]. Однако прозрачные оксиды не подходят для использования вместе с гибкими подложками из-за своей хрупкости. В то же время элементы IV группы, такие как кремний или германий, пассивируются тонким слоем собственного оксида, который не подавляет полностью транспорт носителей, но препятствует деградации. Таким образом, материалы IV-группы могут рассматриваться как альтернатива прозрачным оксидам при изготовлении оптоэлектроники на основе перовскитов. Материалы с энергонезависимой фазовой памятью (PCMs), такие как Ge2Sb2Te5 (GST) широко применяются в области хранения данных, на их основе созданы перезаписываемые компакт-диски [4]. Благодаря возможности перестройки оптических свойств PCM они рассматриваются как новые материалы фотоники, в том числе на их основе могут быть реализованы оптические переключатели, переключаемые метаповерхности [5] и перестраиваемые оптические элементы. Переключение GST из аморфной в кристаллическую фазу приводит к изменению не только оптических свойств, но и существенно изменяет проводимость материала. Стоит также отметить, что оксидный слой на поверхности GST пассивирует его от окружающей среды, что делает возможным применение данного материала в качестве электрода в устройствах на основе перовскитов. Химическая устойчивость GST, а также возможность изменять его оптические и электрические свойства делают его подходящим кандидатом для создания новой материальной платформы "перовскит-GST", которая позволит создавать перестраиваемые светодиоды, а также использовать ее и для других приложений, например -- создания меток для защиты от контрафакта. [1] Protesescu L. et al. Nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX3, X= Cl, Br, and I): novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut. Nano letters. 15 6 3692-3696 (2015) [2] Behrouznejad F. et al. A study on utilizing different metals as the back contact of CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite solar cells. Journal of Materials Chemistry A. 4 35 13488-1349 (2016) [3] Liu D., Kelly T. L. Perovskite solar cells with a planar heterojunction structure prepared using room-temperature solution processing techniques //Nature photonics. 8 2 133-138 (2014) [4] Wuttig M., Yamada N. Phase-change materials for rewriteable data storage. Nature materials. 6 11 824-832 (2007) [5] Wang Q. et al. Optically reconfigurable metasurfaces and photonic devices based on phase change materials. Nature Photonics. 10 1 60-65 (2016)

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Соломонов А.И., Кущенко О.М., Шишкин И.И., Явсин Д.А., Синельник А.Д., Рыбин М.В. 2.5D switchable metasurfaces Optics and Laser Technology, Optics & Laser Technology 161 (2023) 109122 (год публикации - 2023)
10.1016/j.optlastec.2023.109122

2. Кущенко О.М., Гец Д.С., Рыбин М.В., Явсин Д.А., Макаров С.В., Шишкин И.И., Синельник А.Д. All optically switchable active photonics based on the halide perovskite GST platform Laser & Photonics Reviews, Kushchenko O. M. et al. All optically switchable active photonics based on the halide perovskite GST platform //Laser & Photonics Reviews. – 2023. – Т. 17. – №. 8. – С. 2200836. (год публикации - 2023)
10.1002/lpor.202200836

3. Кущенко О.М., Шишкин И.И., Рыбин М.В., Синельник А.Д. Control of light direction by rewritable structures on GST IEEE, 2023, pp. 125–127 (год публикации - 2023)
10.1109/DD58728.2023.10325808

4. Соломонов А.И., Синельник А.Д., Рыбин М.В. Controlling magnetic dipole resonances with a 2.5D metasurface IEEE, 023 Days on Diffraction (DD), p. 218-220 (год публикации - 2023)
10.1109/DD58728.2023.10325723

5. Литвинов Д.А., Кущенко О.М., Синельник А.Д., Рыбин М.В. Enhancement of perovskite spontaneous emission by phase change materials Journal of Physics D: Applied Physics, Litvinov D. A. et al. Enhancement of perovskite spontaneous emission by phase change materials //Journal of Physics D: Applied Physics. – 2024. – Т. 57. – №. 15. – С. 155103. (год публикации - 2024)
10.1088/1361-6463/ad1dbd

6. Соломонов А.И., Кущенко О.М., Касянова К.И., Исаева С.Б., Шишкин И.И., Терехов Д.Ю., Лазаренко П.И., Рыбин М.В., Батурин С.С., Синельник А.Д. Switching topological charge of optical vortex by two-dimensional structures Applied Materials Today, Solomonov A. I. et al. Switching topological charge of optical vortex by two-dimensional structures //Applied Materials Today. – 2024. – Т. 37. – С. 102135. (год публикации - 2024)
10.1016/j.apmt.2024.102135

7. Королев В., Синельник А.Д., Рыбин М.В., Лазаренко П., Кущенко О.М., Глухенкая В., Козюхин С, Цюрих М, Шпильман К., Пертч Т., Штуаде И., Карташов Д. Tunable high-order harmonic generation in GeSbTe nano-films Nanophotonics, Год 2024, номер 0859 (год публикации - 2024)
10.1515/nanoph-2023-0859

8. Соломонов А.И., Бочкарев М.Е., Павлов С.И., Лазаренко П.И., Ковалюк В.В., Голиков А.Д., Голтсман Г.Н., Козюхин С.А., Дьяков С.А., Рыбин М.В., Певцов А.Б. Ge-Sb-Te based metasurface with angle-tunable switchable response in the telecom bands Physical Review B, Solomonov A. I. et al. Ge-Sb-Te based metasurface with angle-tunable switchable response in the telecom bands //Physical Review B. – 2023. – Т. 108. – №. 8. – С. 085127. (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.108.085127

9. Синельник А. Д., Бодяго Е. В., Кущенко О. М., Шишкин И. И., Кузменко Н. К., Гец Д. С., Макаров С. В. Three-dimensional perovskite-based photonic structures made by two-step crystallization Optics and Laser Technology (год публикации - 2023)
10.1016/j.optlastec.2023.110411

Публикации