Создание нового поколения детекторов элементарных частиц на основе галогенидных перовскитных полупроводников

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 21-19-00853

НазваниеСоздание нового поколения детекторов элементарных частиц на основе галогенидных перовскитных полупроводников

Руководитель Диденко Сергей Иванович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

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

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов

Ключевые слова физика элементарных частиц, детектор, гибридные перовскиты, фотоумножитель, радиационная стойкость

Код ГРНТИ45.09.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основная цель проекта - исследование и развитие новых методов регистрации элементарных частиц при поисках Новой Физики за пределами Стандартной Модели (СМ), связанных с использованием гибридных перовскитных полупроводников для работы в условиях широкого диапазона энергий (от долей ГэВ до нескольких ТэВ) для повышения точности и пределов условий эксплуатации тонкопленочных структур фотоприемников, трекеров и фотоумножителей. Результаты предлагаемого проекта должны привести к созданию детекторов нового поколения для поиска Новой Физики за пределами СМ, где быстродействие регистрации электронов и фотонов будет увеличено более чем на порядок, достигая временного разрешения не менее 100 пикосекунд. Это позволит серьезно усилить исследовательский потенциал экспериментов физики высоких энергий, как продолжающихся, так и новых, где требуется высокое быстродействие и радиационная стойкость. В первую очередь, это эксперименты ATLAS, CMS, LHCb и ALICE, модернизирующиеся для БАК с высокой светимостью Фазы-2 (начало ожидается в 2028 г.) в ЦЕРН для поисков Новой Физики за пределами СМ. Установки этих экспериментов после соответствующей модернизации должны работать при экстремальных требованиях на быстродействие и радиационную стойкость, когда количество событий при столкновении пучков увеличится более чем на порядок при значительном возрастании радиационной нагрузки на детекторы. Особенно это касается эксперимента LHCb, который нацелен главным образом на исследование эффектов нарушений лептонной универсальности и СР-четности, связанной с симметрией материи-антиматерии, так как прецизионные измерения детектором LHCb проводятся при меньших углах, где столкновения и образование частиц идут гораздо более интенсивно по сравнению с другими детекторами БАК. Также это касается будущих экспериментов, готовящихся к работе на новых ускорителях NICA (Дубна) и FAIR (Дармштадт), где в центральных соударениях тяжелых ядер с большой множественностью будут проводиться исследования по изучению свойств нового состояния вещества - сверхплотной кварк-глюонной материи. Несомненно, результаты проекта смогут найти применение в новом масштабном эксперименте по нейтринным осцилляциям DUNE (США), а также в разрабатываемом эксперименте SHiP (ЦЕРН) по поискам новых слабо взаимодействующих частиц, которые могут решить проблему Темной Материи и отсутствия антивещества в нашей Вселенной. В этих экспериментах требования к быстродействию и радиационной стойкости не такие высокие как на БАК, однако в этом случае, перовскитные детекторы привлекают, в первую очередь, менее сложной технологией, по сравнению с кремниевыми фотоумножителями, и относительно невысокой стоимостью. В этой связи, интерес к исследованиям новых структур детекторов на основе галогенидных перовскитов является обоснованным и актуальным, так как в данной области уже достигнут необходимый задел разработок, демонстрирующий преимущества данного типа устройств, а также намечен ряд научных проблем, которые необходимо исследовать для раскрытия потенциала технологии и ее реального применения. Успех и прогресс в области исследований гибридных перовскитных детекторов и ФЭУ имеет значимый потенциал для решения новых, актуальных задач физики элементарных частиц и высоких энергий, который впоследствии может быть транслирован на многие смежные области - медицину; ядерную энергетику; устройства телекоммуникации и пр. Однако, реализация такого проекта возможна лишь с использованием междисциплинарного подхода, который может быть обеспечен при комплексной совместной работе научных групп из области разработок перовскитных оптоэлектронных устройств и экспериментальной физики элементарных частиц. Будет критически важно использовать опыт участвующих научных групп, как для разработки специальных архитектур устройств и технологических процессов, обеспечивающих необходимые выходные характеристики и учет специфики материала - галогенидных перовскитов (нестабильность интерфейсов, требующих пассивации, возможный гистерезис характеристик устройств, эффекты поляризации и пр.), так и для последовательного построения методики исследований и испытаний устройств в условиях проведения экспериментов физики элементарных частиц, что подразумевает собой обеспечение облучений частицами разных типов и энергий, и выявления критических параметров функционирования устройств и факторов влияния на регистрацию сигналов; устранения паразитных составляющих сигналов; интеграцию в системы обработки информации и анализ полученных данных для оценки успешности использования детекторов на основе гибридных перовскитов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А. Иштеев, К. Константинова, Г. Ермолаев, Д.Киселев, Д. Муратов, М.арина Воронова, Татьяна Ильина, Петр Лагов, Олег Уваров, Юрий Павлов, Марта Летовальцева, Алексей Арсенин, Валентин Волков, Сергей Диденко, Данила Саранин, Альдо Ди Карло. Investigation of structural and optical properties of MAPbBr3 monocrystals under fast electron irradiation Journal of Materials Chemistry C, 10, 5821-5828 (год публикации - 2022)
10.1039/D2TC00128D

2. Джованни Романелли, Карла Андреани, Лаура Фази, Артур Иштеев, Камилла Константинова, Энрико Прециози, Роберто Сенези, Альдо Ди Карло Changes in the hydrogen nuclear kinetic energy across the several phases of methylammonium lead tribromide The Journal of Chemical Physics, 157, 094501-1 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0104917

3. Морозов А.М., Гостищев П.А. , ЖарковаА., Васильев А.А., Александров А.Е. , ТамеевА.Р., Иштеев А.Р. , Диденко С.И. , Саранин Д.С. Micro-pixelated halide perovskite photodiodes fabricated with ultraviolet laser scribing Applied Physics Letters, https://export.arxiv.org/abs/2312.05649 (год публикации - 2023)
10.48550/arXiv.2312.05649

4. Сон А.Г., Гущина В.А., Егорова А.А., Архипенко А.А., Короткова А.А., Садовников А.А., Шандаров Ю.А., Берт Н.А., Петров Н.Ч., Козюхин С.А. Perovskite nanoparticles Cs4PbBr6 and CsPbBr3: synthesis, analysis and peculiar optical properties Nanoscale, NR-ART-12-2023-006198 (год публикации - 2023)
10.26434/chemrxiv-2023-vpzhz

5. Муратов Д.С., Лучников Л.О., Саранин Д.С., Иштеев А.Р., Куриченко.В., Колесников Е., Кузнецов Д.В., Ди Карло А. Single-step Chemical Vapor Deposition of Methyl Ammonium Lead Halide Perovskite for p-i-n Solar Cells Chemnanomat, CNMA-S-23-00759 (год публикации - 2023)
10.48550/arXiv.2312.06313

6. Ермолаев Г., Пушкарев А.П., Зинченко А., Кучмижак А.А., Йорш И., Круглов И., Мажитов А., Иштеев А., Константинова К., Саранин Д., Славич А., Стошич Д., Жукова Е.С., Целиков Г., Ди Карло А., Арсенин А., Новоселов К.С., Макаров С.В., Волков В.В. Giant and Tunable Excitonic Optical Anisotropy in Single-Crystal Halide Perovskites Nano letters, 2023, 23, 7, 2570–2577 Publication Date:March 15, 2023 (год публикации - 2023)
10.1021/acs.nanolett.2c04792

Публикации