Тонкопленочные оксидные материалы с квантовыми точками для конверсии излучения UV-Vis-IR диапазонов. Электронная структура, оптические свойства и энергетический транспорт.

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 21-12-00392

НазваниеТонкопленочные оксидные материалы с квантовыми точками для конверсии излучения UV-Vis-IR диапазонов. Электронная структура, оптические свойства и энергетический транспорт.

Руководитель Зацепин Анатолий Федорович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" , Свердловская обл

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки

Ключевые слова тонкие пленки; неупорядоченные системы; ионная имплантация; квантовые точки; конверсия излучений; электронная структура; возбужденные состояния; энергетический транспорт; оптические свойства; радиационная стойкость

Код ГРНТИ29.19.16

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на создание новых тонкопленочных материалов с заданными свойствами для устройств преобразования электромагнитного излучения УФ, видимого и ИК диапазонов. Основная цель состоит в получении детальной информации об особенностях формирования энергетической структуры, природы и динамики возбужденных состояний, механизмах миграции и диссипации энергии в тонких пленках с квантовыми точками. Актуальность задачи определяется возможностью создания нового поколения функциональных структур с повышенной эффективностью и быстродействием для устройств фотоники, оптоэлектроники, альтернативной энергетики и других систем преобразования излучений. Решение поставленной проблемы предполагает целый ряд комплексных исследований оксидных тонкопленочных систем, включая плазменный синтез, моделирование энергетической структуры и свойств, изучение механизмов электронно-оптических явлений, закономерностей электронно-колебательных взаимодействий, безызлучательного переноса энергии с учетом размерных факторов и интерфейсных эффектов "наноточка-матрица" и "пленка-подложка". В качестве объектов исследования выбраны наноструктурированные и аморфные тонкопленочные модификации оксидов редкоземельных (РЗЭ) и типичных элементов (Gd, Y, Si, Al, Mg) на диэлектрических и полупроводниковых подложках. Квантовые точки в тонкопленочных структурах будут формироваться посредством ионной имплантации и дополнительного термического отжига. Особенность методического подхода, который будет реализован в работе, состоит в системном применении комплекса экспериментально-теоретических методов в рамках схемы «энергетическая структура - механизмы электронных процессов "возбуждение-релаксация" - радиационно-оптические свойства – прототип функционального устройства». С использованием расчетных методов теории функционала плотности и экспериментальных методов рентгеновской, оптической, фотоэлектронной, ЭПР, ИК и КР-спектроскопии в тонкопленочных системах, содержащих оптически активные дефекты, нанокластеры и квантовые точки, будут определены параметры локальной атомной структуры, особенности дефектообразования, энергетические и кинетические характеристики возбужденных состояний, специфика донорно-акцепторных взаимодействий, закономерности даун- и ап-конверсионной трансформации энергии. Анализ полученных данных обеспечит необходимое понимание механизмов электронно-оптических явлений в тонкопленочных системах с квантовыми точками, что позволит направленно модифицировать дефектную структуру и другие параметры исследуемых материалов применительно к проблеме конверсии излучений. На завершающей стадии проекта предполагается предложить прототип новых конверсионных УФ и ИК преобразователей с повышенной эффективностью, провести первичные испытания и сформулировать конкретные рекомендации по дальнейшему улучшению характеристик.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Трофимова Е.,Омельков С., Роме И., Кирм М.,Пустороваров В.,Пичинелли Ф. Luminescence properties and energy transfer processes in LiSrPO4 doped with Pr3+ and co-doped with Na+ and Mg2+ Journal Of Luminescence, Volume 240, December 2021, 118455 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jlumin.2021.118455

2. Гонсалес-Лоренцо К., Ананченко Д.В.,Никифоров С.В.,Киряков А.Н.,Зацепин А.Ф.,Чубаси Ж., Кано Н., Аяла-Аренас Ж.,Ватанабе С. Effect of 130 keV pulsed electron irradiation on the efficiency of radiative transitions in Eu-doped glass-ceramics CaSiO3 Optical Materials, Volume 119, September 2021, 111304 (год публикации - 2021)
10.1016/j.optmat.2021.111304

3. Киряков А.Н., Зацепин А.Ф., Осипов В.В. Optical properties of polyvalent iron ions and anti-site defects in transparent MgAl2O4 ceramics Journal of Luminescence, Volume 239, November 2021, 118390 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jlumin.2021.118390

4. Кузнецова Ю.А., Зацепин А.Ф., Гаврилов Н.В. The high refractive index of Gd2O3 thin films obtained by magnetron sputtering Optical Materials, Volume 120, October 2021, 111382 (год публикации - 2021)
10.1016/j.optmat.2021.111382

5. Зацепин Д.А., Бухвалов Д.В., Зацепин А.Ф. Quality assessment of GaN epitaxial films: Acidification scenarios based on XPS-and-DFT combined study Applied Surface Science, Volume 563, 15 October 2021, 150308 (год публикации - 2021)
10.1016/j.apsusc.2021.150308

6. Зацепин А.Ф., Кузнецова Ю.А., Трофимова Е.С., Пустоваров В.А. Excited states of modified oxygen-deficient centers and Si quantum dots in Gd-implanted silica glasses: emission dynamics and lifetime distributions Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 23, pp. 23184–23195 (год публикации - 2021)
10.1039/D1CP03826E

7. Ю.А. Кузнецова, Д.А. Зацепин, А.Ф. Зацепин, Н.В. Гаврилов Energy gaps, refractive index and photon emission from point defects in copper-doped Gd2O3 nanocrystalline films Journal of Alloys and Compounds, выпуск 904, номер 163872 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jallcom.2022.163872

8. Ю.А. Кузнецова, Д.А. Зацепин, А.Ф. Зацепин, Н.В. Гаврилов Temperature-dependent luminescence of intrinsic defects and excitons in nanocrystalline monoclinic Y2O3 films Journal of Luminescence, выпуск 250, номер 119102 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jlumin.2022.119102

9. Д.В. Бухвалов, Д.А. Зацепин, Ю.А. Кузнецова, Н.В. Гаврилов, А.Ф. Зацепин Comparative analysis of the electronic energy structure of nanocrystalline polymorphs of Y2O3 thin Layers: Theory and experiments Applied Surface Science, выпуск 613, номер 155935 (год публикации - 2023)
10.1016/j.apsusc.2022.155935

10. В.А. Пустоваров, А.Ф. Зацепин, Д.Ю. Бирюков, В.Ш. Алиев, Р.М.Х. Исхакзай, В.А. Гриценко Synchrotron-Excited Luminescence and Converting of Defects and Quantum Dots in Modified Silica Films Journal of Non-Crystalline Solids, выпуск 602, номер 122077 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jnoncrysol.2022.122077

11. Д.В. Бухвалов, В.Ю. Осипов Prediction of Diamene-Based Chemosensors Chemosensors, выпуск 10, номер 480 (год публикации - 2022)
10.3390/chemosensors10110480

12. Д.В. Бухвалов, В.Ю. Осипов, Б.Т. Хоган, А. Балдычева A Comprehensive Model of Nitrogen-Free Ordered Carbon Quantum Dots Nanoscale Research Letters (год публикации - 2023)
10.1186/s11671-023-03773-0

13. Бухвалов Д.В., Зацепин Д.А., Кузнецова Ю.А., Пряхина В.И., Зацепин А.Ф. Uncommon 2D diamond-like carbon nanodots derived from nanotubes: atomic structure, electronic states, and photonic properties Phys. Chem. Chem. Phys., vol.25, 17571-17582 (год публикации - 2023)
10.1039/D3CP01158E

14. Бухвалов Д.В., Осипов В.Ю. First-Principles Modeling of Bottom-Up Synthesis of Carbon Quantum Dots Crystals, vol.13, no 5, p. 716 (год публикации - 2023)
10.3390/cryst13050716

15. Зацепин А.Ф., Кузнецова Ю. А., Зацепин Д.А., Вонг С.Х., Лоу У.С., Тан С.Ю., Гаврилов Н.В., Бухвалов Д.В. Bismuth-doped gadolinium oxide films for UV-Vis multicolor conversion: Combined XPS, DFT and photoluminescence study Journal of Alloys and Compounds, Vol. 949, 169815 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jallcom.2023.170104

16. Алешин Д.К., Машковцев М.А., Косых А.С., Кузнецова И.А., Зацепин А.Ф., Рычков В.Н. Synthesis of spherical Y2O3:Er emitting particles with variable radial composition by controlled double-jet precipitation of layered precursors Particuology, Vol. 74, p. 92-102 (год публикации - 2023)
10.1016/j.partic.2022.05.013

Публикации