Новые материалы и технологии для создания современных систем безопасности и противодействия терроризму

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 19-72-30003

НазваниеНовые материалы и технологии для создания современных систем безопасности и противодействия терроризму

Руководитель Кукушкин Игорь Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №33 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными 2019_33

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-202 - Полупроводники

Ключевые слова терагерцовые волны, спектроскопия неупругого рассеяния света, гигантское усиление рамановского рассеяния света, плазменные волны в низкоразмерных электронных системах

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В проекте предлагаются фундаментально-научные исследования свойств новых полупроводниковых и металлических материалов, разработка новых физических принципов детектирования электромагнитных волн терагерцового диапазона, создание новых мета-материалов, позволяющих усиливать оптические сигналы, развитие новых технологий для производства микроэлектронных структур. Эти исследования, несомненно, приведут к созданию принципиально новых систем безопасности, в которых используются терагерцовые волны, прозрачные для большинства материалов, а также рамановская спектроскопия для однозначного детектирования природы обнаруженных веществ. Комбинация двух методов обнаружения и распознавания обеспечит высокую степень контроля в системах безопасности, что необходимо для эффективной борьбы с терроризмом. Авторами проекта был открыт новый физический принцип детектирования терагерцового излучения, на базе которого изготовлены первые в мире большие матрицы детекторов для быстродействующих систем радиовидения, работающих в субтерагерцовом диапазоне частот. Этот принцип основан на преобразовании электромагнитного излучения терагерцового диапазона в релятивистские плазменные волны, возникающие в двумерных электронных системах и незатухающие вплоть до комнатных температур. Указанные матрицы детекторов реализованы на базе новой технологии и выполнены на структурах из арсенида галлия. Для уменьшения стоимости досмотровых систем, повышения их эффективности, надежности и быстродействия необходимо исследовать возможности использования новых материалов, таких как AlAs, ZnO, GaN, что будет основной целью наших исследований. Кроме того, для распознавания обнаруженных веществ мы планируем использовать развитый авторами проекта метод неупругого рассеяния света с использованием систем гигантского усиления рамановского рассеяния света. Эти методы позволяют однозначно определять наркотические и взрывчатые вещества, а также яды и токсины, причем в ничтожных концентрациях этих опасных веществ. При исследовании новых материалов и для развития новых технологий планируется использовать самые современные технологическое и измерительное оборудование. Первые прототипы досмотровых устройств, работающих в субтерагерцовом диапазоне, а также портативных рамановских спектро-анализаторов уже были разработаны участниками проекта и вызвали большой интерес на рынке современных систем безопасности и противодействия терроризму. Огромный интерес по созданию и развитию таких систем демонстрируют многие ведущие мировые компании (SONY, NEC, TeraView, Rod&Shwards, Verginia Diods, Smith Detection, Ocean, Siemens, Philips и др.), а также многие российские компании. Некоторые из этих российских компаний (ООО Мвэйв, ООО Рамикс) готовы софинансировать исследования по предлагаемому проекту и обеспечить внебюджетное финансирование проекта на уровне, предусмотренном правилами конкурса, поскольку крайне заинтересованы в результатах запланированных исследований и в разработке новых систем безопасности. Авторы проекта являются известными учеными, работы которых были опубликованы в самых престижных научных журналах (Science, Nature, Nature Physics, Nature Photonics, Nature Materials, Nature Communications, Physical Review Letters) и уровень запланированных научных исследований будет опережать мировой. В рамках этого проекта мы планируем опубликовать более 40 статей, причем большая часть будет опубликована в наиболее престижных научных журналах, входящих в первый квартиль (Q1) по импакт фактору. Комбинация запланированных научных и прикладных исследований является уникальной, поскольку у авторов проекта имеется также огромный опыт по разработке и созданию приборов, получивших значительный коммерческий успех и распространение во всем мире.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А. В. Щепетильников, А. Р. Хисамеева, Ю. А. Нефёдов, И. В. Кукушкин Contactless measurements of microwave-induced resistance oscillations in a ZnO/MgZnO heterojunction PHYSICAL REVIEW B, 100, 125425 (2019) (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.125425

2. А. Б. Ваньков, С. И. Губарев, В. Е. Кирпичев, Е. Н. Морозова, М. Н. Ханнанов, Л. В. Кулик, И. В. Кукушкин Портативный газоанализатор на основе волоконного рамановского спектрометра Прикладная физика, № 4, стр. 87-91 (2019) (год публикации - 2019)

3. И. В. Андреев, В. М. Муравьев, С. И. Губарев, И. В. Кукушкин Прозрачный затвор для управления концентрацией электронов в квантовых ямах GaAs/AlGaAs Прикладная физика, № 4, стр. 11-18 (2019) (год публикации - 2019)

4. Я.В. Гришина, В.И.Кукушкин, В.В. Соловьев, И.В. Кукушкин Spoof plasmons enable Raman scattering enhancement in Near-Infrared region Optics Express, 27, No 22/28, p. 32578 - 32585 (2019) (год публикации - 2019)
10.1364/OE.27.032578

5. В.М. Муравьев, А.М. Зарезин, П.А. Гусихин, А.В. Щуплецов, И.В. Кукушкин Proximity plasma excitations in disk and ring geometries PHYSICAL REVIEW B, 100, 205405 (2019) (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.205405

6. А. В. Щепетильников, Б.Д. Кайсин, П.А. Гусихин, В. М. Муравьёв, Г.Э. Цыдынжапов, Ю. А. Нефёдов, А.А. Дремин, И. В. Кукушкин Optimization of the frequency response of a novel GaAs plasmonic terahertz detector Optical and Quantum Electronics, 51, 376 (2019) (год публикации - 2019)
10.1007/s11082-019-2093-4

7. А.А. Деменев, Д.Д. Яремкевич, А.В. Щербаков, М. Кухтарчук, С.С. Гаврилов, Д.Р. Яковлев, В.Д. Кулаковский, М. Байер Ultrafast strain-induced switching of a bistable cavity-polariton system PHYSICAL REVIEW B, 100, 100301(R) (2019) (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.100301

8. В.М. Муравьев, И.В. Кукушкин Коллективные плазменные возбуждения в лвумерных электронных системах УФН (год публикации - 2020)
10.3367/UFNr.2019.07.038637

9. С.С. Гаврилов Неравновесные переходы, хаос и химерные состояния в системах экситонных поляритонов УФН (год публикации - 2020)
10.3367/UFNr.2019.04.038549

10. А. Р. Хисамеева, А. В. Щепетильников, В. М. Муравьёв, Ю. А. Нефёдов, И. В. Кукушкин Сравнительное исследование двумерных плазменных возбуждений в ZnO/MgZnO, AlAs/AlGaAs и GaAs/AlGaAs гетероструктурах ЖЭТФ (год публикации - 2020)

11. А.Ю. Cубекин, В.И. Кукушкин, Т.И. Новожилова, С.П. Мамонтов, Л.В. Кулик, Р.А. Хрусталёв К вопросу о выборе блокирующего белкового агента при создании метода иммунохимического анализа с использованием поверхностно-усиленной Рамановской спектроскопии Биофизика (год публикации - 2020)

12. Хисамеева А.Р., Щепетильников А. В., Муравьёв В. М. , Нефёдов Ю. А., Кукушкин И. В. Сравнительное исследование двумерных плазменных возбуждений в ZnO/MgZnO, AlAs/AlGaAs и GaAs/AlGaAs гетероструктурах ЖЭТФ, том. 157, вып. 4, стр. 707–716, (2020) (год публикации - 2020)
10.31857/S0044451020040148

13. Муравьев В.М., Кукушкин И.В. Коллективные плазменные возбуждения в двумерных электронных системах УФН, том 190, №10, 1041-1061 (2020 г.) (год публикации - 2020)
10.3367/UFNr.2019.07.038637

14. Щепетильников А. В., Зарезин А.М., Муравьёв В. М., Гусихин П.А., Кукушкин И. В. Quantitative analysis of water content and distribution in plants using terahertz imaging Optical Engineering, том 59(6), ст. 061617 (2020) (год публикации - 2020)
10.1117/1.OE.59.6.061617

15. Гаврилов С.С. Неравновесные переходы, хаос и химерные состояния в системах экситонных поляритонов УФН, том 190, №2, 137 – 159 (2020 г.) (год публикации - 2020)
10.3367/UFNr.2019.04.038549

16. Cубекин А.Ю., Кукушкин В.И., Новожилова Т.И., Мамонтов С.П. , Кулик Л.В. , Хрусталёв Р.А. К вопросу о выборе блокирующего белкового агента при создании метода иммунохимического анализа с использованием поверхностно-усиленной Рамановской спектроскопии Биофизика, том 65, вып. 1, стр. 17-23 (2020) (год публикации - 2020)
10.1134/S0006350920010182

17. Щепетильников А. В., Хисамеева А. Р., Нефёдов Ю. А., Шмульт С., Кукушкин И. В. Observation of microwave-induced resistance oscillations in a contactless geometry PHYSICAL REVIEW B, B 102, 075445 (2020) (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.102.075445

18. Гусихин П.А., Муравьев В.М., Кукушкин И.В. Superluminal electromagnetic two-dimensional plasma waves PHYSICAL REVIEW B, том 102, ст. 121404(R) (2020) (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.102.121404

19. Хисамеева А. Р. , Муравьёв В. М., Кукушкин И. В. Piezoplasmonics: Strain-induced tunability of plasmon resonance in AlAs quantum wells Applied Physical Letters, том 117, ст. 093102 (2020) (год публикации - 2020)
10.1063/5.0012496

20. Ханнанов М.Н., Ваньков А.Б., Новиков А.А., Семенов А.П., Гущин П.А., Губарев С.И., Кирпичев В.Е., Морозова Е.Н., Кулик Л.В., Кукушкин И.В. Analysis of Natural Gas Using a Portable Hollow-Core Photonic-Crystal-Coupled Raman Spectrometer Applied Spectroscopy, том 74, вып.12, стр. 1496–1504 (год публикации - 2020)
10.1177/0003702820915535

21. Кукушкин В.И., Кирпичев В.Е., Морозова Е.Н., Соловьев В.В., Федотова Я.В., Кукушкин И.В. Метаструктуры для гигантского усиления рамановского рассеяния света в ближней ИК-области спектра Письма в ЖЭТФ, том 112, вып. 1, стр. 38 – 44 (2020) (год публикации - 2020)
10.31857/S1234567820130066

22. Щепетильников А. В., Гусихин П.А., Муравьёв В. М., Цыдынжапов Г.Э., Нефёдов Ю. А., Дремин А.А., Кукушкин И. В. New Ultra-Fast Sub-Terahertz Linear Scanner for Postal Security Screening Journal of infrared millimeter and terahertz waves, том 41, вып. 6, стр. 655-664 (2020) (год публикации - 2020)
10.1007/s10762-020-00692-4

23. Цыдынжапов Г.Э., Гусихин П.А., Муравьев В.М., Дремин А.А., Нефедов Ю.А., Кукушкин И.В. New Real-Time Sub-Terahertz Security Body Scanner Journal of infrared millimeter and terahertz waves, том 41, вып. 5, стр. 632-641 (2020) (год публикации - 2020)
10.1007/s10762-020-00683-5

24. Кравцов В., Хестанова Е., Бениметский Ф.А., Иванова Т., Самусев А.К., Синев И.С., Пидгайко Д., Можаров А.М., Мухин И.С., Ложкин М.С., Капитонов Я.В., Бричкин А.С., Кулаковский В.Д., Шелых И.А., Nonlinear polaritons in a monolayer semiconductor coupled to optical bound states in the continuum Light: Science & Applications, том 9, ст. 56 (2020) (год публикации - 2020)
10.1038/s41377-020-0286-z

25. Грибанев Д.А., Завьялова Е.Г., Гамбарян А.С., Кукушкин В.И., Рудакова Е.В., Амбарцумян О.А. Исследование функционализированных аптамерами наночастиц серебра в качестве SERS-субстратов для селективной детекции белков Известия РАН. Серия физическая, том 85, в. №2 (2021) (год публикации - 2021)

26. Шуваев А, Муравьев В.М., Гусихин П.А., Господарич Дж., Пименов А., Кукушкин И.В. Discovery of Two-Dimensional Electromagnetic Plasma Waves Physical Review Letters, Vol. 126, Iss. 13, P. 136801 (2021). (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.126.136801

27. Андреев И.В., Муравьев В.М., Семенов Н.Д., Кукушкин И.В. Observation of acoustic plasma waves with a velocity approaching the speed of light Physical Review B, Vol. 103, Iss. 11, P. 115420 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.103.115420

28. Ханнанов М.Н., Ваньков А.Б., Кирпичев В.Е., Кулик Л.В., Кукушкин И.В. Express Analysis of Gas With Surface Enhanced Raman Scattering Waveguide Resonator IEEE SENSORS JOURNAL, v. 21, p. 24142-24148 (год публикации - 2021)
10.1109/JSEN.2021.3113373

29. Зарезин А.М., Гусихин П.А., Андреев И.В., Муравьев В.М., Кукушкин И.В. Плазменные возбуждения в частично экранированных двумерных электронных системах Письма в ЖЭТФ, Т. 113, № 11, С. 740–750 (год публикации - 2021)
10.31857/S1234567821100062

30. Артемьев Д.Н., Кукушкин В.И., Авраамова С.Т., Александров Н.С., Кирилов Ю.А. Using the Method of “Optical Biopsy” of Prostatic Tissue to Diagnose Prostate Cancer Molecules, v. 26, 1961 (год публикации - 2021)
10.3390/molecules26071961

31. Хисамеева А.Р., Щепетильников А.В., Нефедов Ю.А., Кукушкин И.В. Наблюдение индуцированных микроволновым излучением осцилляций магнетосопротивления в ZnO/MgxZn1−xO гетеропереходе бесконтактной методикой Письма в ЖЭТФ, том 114, вып. 5, с. 328 – 332 (год публикации - 2021)
10.31857/S1234567821170079

32. Завьялова Е., Амбартсумян О., Жданов Г., Грибанев Д., Гущин В., Ткачук А., Рудакова Е., Никифорова М., Кузнецова Н., Попова Л., Вердиев Б., Алатырев А., Буртцева Е., Игнатьева А., Ильюхина А., Должикова И., Арутюнян А., Гамбарян А., Кукушкин В. SERS-Based Aptasensor for Rapid Quantitative Detection of SARS-CoV-2 Nanomaterials, v. 11, 1394 (год публикации - 2021)
10.3390/nano11061394

33. Щепетильников А.В., Гусихин П.А., Муравьев В.М., Кайсин Б.Д., Цыдынжапов Г.Э., Дремин А.А., Кукушкин И.В. Linear scanning system for THz imaging Applied Optics, 60, 10448-10452 (год публикации - 2021)
10.1364/AO.442060

34. Грибанев Д. А. , Завьялова Е. Г., Гамбарян А. С., Кукушкин В. И., Рудакова Е. В. , Амбарцумян О. А. Исследование функционализированных аптамерами наночастиц серебра в качестве SERS-субстратов для селективного детектирования белков Известия РАН, Серия Физическая, том 85, № 2, с. 175–181 (год публикации - 2021)
10.31857/S0367676521020113

35. Андреев И.В., Муравьев В.М., Семенов Н.Д., Заболотных А.А., Кукушкин И.В. Magnetodispersion of Two-Dimensional Plasmon Polaritons Physical Review B, B 104, 195436 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.104.195436

36. В.М. Муравьев, А. Шуваев, А.С. Астраханцева, П.А. Гусихин, И.В. Кукушкин, А. Пименов Tunable terahertz phase shifter based on GaAs semiconductor technology Applied Physics Letters, v. 121, 051101 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0101737

37. А.С. Астраханцева, А. Шуваев, П.А. Гусихин, А. Пименов, И.В. Кукушкин, В.М. Муравьев Terahertz plasma edge engineering in semiconductor membranes with a two-dimensional electron layer Applied Physics Letters, v. 120, 031104 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0077188

38. С. С. Гаврилов Spin oscillations of a single-mode polariton system driven by a plane wave PHYSICAL REVIEW B, v. 106, 045304 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevB.106.045304

39. И.М. Фрадкин, А.А. Деменев, В.Д. Кулаковский, В.Н. Антонов, Н.А. Гиппиус Plasmonic grating for circularly polarized outcoupling of waveguide-enhanced spontaneous emission Applied Physics Letters, v. 120, 171702 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0085786

40. В.И. Кукушкин, О. Амбарцумян, А.С. Астраханцева, В. Гущин, А. Никонова, А. Дорофеева, В. Зверев, А. Гамбарян, Д. Тихонова, Т. Советников, А. Ахметова, И. Яминский, Е. Завьялова Lithographic SERS Aptasensor for Ultrasensitive Detection of SARSCoV-2 in Biological Fluids Nanomaterials, v. 12, 3854 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12213854

41. В.И.Кукушкин, В.Е.Кирпичев, Е.Н.Морозова, А.С.Астраханцева, В.В.Соловьев, И.В.Кукушкин Стимулирование неупругого рассеяния света в плазмонных структурах с гигантским усилением рамановского сигнала Письма в ЖЭТФ, т. 116, в. 4, с. 211 (год публикации - 2022)
10.31857/S1234567822160042

42. И. Ш. Бахтеев, С. Ю. Молчанов, В. М. Муравьев, П. А. Гусихин Искусственный анизотропный материал для преобразования линейной поляризации в круговую поляризацию в диапазоне КВЧ Известия РАН, серия физическая, т. 86, № 4, с. 489 (год публикации - 2022)
10.31857/S0367676522040044

43. С. Ю. Молчанов, И. Ш. Бахтеев, В. М. Муравьев, П. А. Гусихин Особенности отражения частотно-селективных поверхностей с металлическим экраном в диапазоне КВЧ Известия РАН, серия физическая, т. 86, № 4, с. 499 (год публикации - 2022)
10.31857/S0367676522040160

44. К.Р. Джикирба, П.А. Гусихин, В.М. Муравьев, И.В. Кукушкин, Я. Господарич, А. Пименов Напечатанные на 3Д-принтере фазовые волновые пластины для создания терагерцовых пучков с линейным распределением мощности Известия вузов. Радиофизика, т.65, №4, с. 314 (год публикации - 2022)
10.52452/00213462_2022_65_04_314

45. Д.А. Громыко, С.А. Дьяконов, Н.А. Гиппиус, Т.Вайс, С.Г. Тиходеев, А.С. Астраханцева, Я.В. Федотова, В.В. Соловьев, И.В. Кукушкин Strong Local Field Enhancement of Raman Scattering Observed in Metal-Dielectric Gratings due to Vertical Fabry-Perot Modes of Surface Plasmon Polaritons Applied Physics Letters, v. 17, 024015 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevApplied.17.024015

Публикации