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 21-79-10197
НазваниеУправление оптическими и оптоэлектронными свойствами инфракрасных квантовых точек посредством оптически резонансных наноструктур и метаповерхностей
Руководитель Мицай Евгений Викторович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
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; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов
Ключевые слова лазерная печать, коллективные плазмонные резонансы, ИК-резонансные наноструктуры, упорядоченные массивы наноструктур, инфракрасная фотоника, квантовые точки, усиление люминесценции, усиленное инфракрасное поглощение, отпоэлектроника
Код ГРНТИ29.31.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Достигнутый прогресс в области создания светоизлучающих и оптоэлектронных устройств во многом связан с получением и развитием высококачественных квантовых излучателей, ярким представителем которых являются квантовые точки различных материалов, в рекордные сроки прошедшие путь от лабораторных образцов до технологических платформ. Взаимодействие таких квантовых эмиттеров с оптически резонансными наноантеннами, позволяющими локализовывать и усиливать на наномасштабе электромагнитные поля, обеспечивает возможность управления диаграммой направленности излучателей, а также интенсивностью и спектром их спонтанной эмиссии, при условии согласования положения полос поглощения или излучения эмиттера с резонансами наноантенны. Этот эффект активно применяется в современной фотонике для создания различных функциональных устройств в видимой и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра – наноразмерных источников когерентного излучения, фотокатализаторов, оптических сенсоров и элементов солнечной фотовольтаики. В то же время, за пределами ближнего ИК диапазона такого рода демонстрации возможности управления оптическими свойствами квантовых излучателей практически полностью отсутствуют, несмотря на то, что планарная геометрия массивов наноантенн идеально согласуется с архитектурой устройств на основе квантовых точек.
Вместе с тем, ИК диапазон спектра представляет существенный практический интерес для реализации новых функциональных устройств фотоники на основе квантовых точек: источников и детекторов излучения, приборов ночного видения, оптических сенсоров, неинвазивных термодетекторов, спектрометров и различного рода устройств машинного зрения. Однако, эффективность квантовых точек, особенно в длинноволновом ИК диапазоне, существенно снижается вследствие появления большого количества каналов безызлучательной рекомбинации. В настоящее время эта проблема решается, в первую очередь, за счет подбора методов синтеза ИК-излучающих квантовых точек, в то время как увеличение эффективности их взаимодействия с падающим излучением накачки достигается за счет оптимизации архитектуры устройства. Альтернативным и потенциально более эффективным способом решения этой задачи может стать использование оптических наноантенн, резонансы которых согласованы с полосами поглощения и эмиссии квантовых точек, однако его применение описано в единичных работах только для ближнего ИК диапазона и ограничено относительно простыми металлическими наноструктурами, изготовленными дорогостоящими литографическими методами.
Данный проект направлен на заполнение указанного пробела и предполагает проведение более комплексных исследований, направленных на детальное изучение взаимодействия ИК-излучающих квантовых точек халькогенидов металлов с резонансными наноантеннами различных типов – (1) массивами металлических плазмонных наноантенн с диэлектрическим слоем разделителем, (2) массивами Ми-резонансных наноантенн, изготовленных из диэлектрических и полупроводниковых материалов с высоким показателем преломления и низкими потерями в ИК области спектра, а также (3) гибридными наноструктурами, в которых квантовые точки внедрены в наноразмерный оптический резонатор – для управления абсорбционными и светоизлучающими свойствами квантовых точек и подавления в них каналов безызлучательной рекомбинации. Решение этой задачи связано с проведением фундаментальных и прикладных исследований, направленных, на детальное изучение взаимодействия наноразмерных излучателей на основе квантовых точек с полосами накачки и эмиссии, спектрально согласованными с резонансами специальным образом спроектированных оптически резонансных наноантенн, а также разработкой высокопроизводительных лазерных методов изготовления и тиражирования таких структур и метаповерхностей на их основе, позволяющих перейти от лабораторных экспериментов к изготовлению и характеризации реальных устройств - высокоэффективных узкополосных инфракрасных излучателей и фотодетекторов. Полученные результаты обеспечат более глубокое понимание принципов организации резонансных наноструктур для инфракрасного диапазона, позволяя, в конечном итоге, сформировать в соответствии с направлением Н1 Стратегии НТР РФ, методологическую базу для создания нового класса функциональных устройств в сравнительно мало исследованном инфракрасном диапазоне.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ