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 23-22-00067
НазваниеУправление люминесцентными свойствами гексагонального нитрида бора
Руководитель Петров Юрий Владимирович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург
Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-202 - Полупроводники
Ключевые слова наноструктуры, полупроводники, сфокусированный ионный пучок
Код ГРНТИ29.19.21
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Активно разрабатываемые в последние годы методы квантовой информатики и квантовой криптографии используют специфические элементы, одним из видов которых являются источники одиночных фотонов. В качестве таких источников рассматриваются системы с несколькими состояниями, между которыми возможны оптические переходы, такие как отдельные атомы, полупроводниковые квантовые точки и дефекты в широкозонных материалах. Последние могут быть управляемо созданы методами ионного и электронного облучения. Одним из популярных в этой области широкозоных материалов является гексагональный нитрид бора, в котором было показано несколько видов точечных дефектов, обладающих хорошими параметрами при комнатной температуре. Данный проект направлен на разработку методов, позволяющих управляемо и локально создавать точечные дефекты в гексагональном нитриде бора посредством облучения сфокусированным ионным и электронным пучком, а также на исследование люминесцентных свойств создаваемых точечных дефектов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Петров, Ю.В., Вывенко, О.Ф., Гогина, О.А., Шаров, Т.В., Ковальчук С., и Болотин К.
Electron Beam-Stimulated Luminescence of Helium Ion-Irradiated Hexagonal Boron Nitride
Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, volume 87, pages 1455–1461 (год публикации - 2023)
10.3103/S1062873823703483
2.
Петров Ю.В., Гогина О.А., Вывенко О.Ф., Ковальчук С., Болотин К.
Влияние комбинированного ионного и электронного облучения на полосу люминесценции 2 eV в гексагональном нитриде бора
Журнал технической физики, том 93, вып. 7, стр. 921 (год публикации - 2023)
10.21883/JTF.2023.07.55746.62-23
3.
Петров Ю.В., Вывенко О.Ф., Гогина О.А., Ковальчук С., Болотин К.
Стимулированное электронным пучком образование люминесцентных углеродных комплексов в гексагональном нитриде бора
Кристаллография, т. 69, №1, с. 65-70 (год публикации - 2024)
10.31857/S0023476124010094
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Исследованы тонкие слои гексагонального нитрида бора, синтезированного по различным технологиям. После облучения ионами гелия образцы исследовались методами катодолюминесценции, фотолюминесценции, а также спектроскопии комбинационного рассеяния света. Для образцов, полученных из кристаллов, синтезированных осаждением из газовой фазы, наблюдалась немонотонная зависимость интенсивности катодолюминесценции в коротковолновой части видимого диапазона от дозы облучения ионами гелия, чего не наблюдалось для образцов синтезированных из расплава при высоком давлении. Полученный эффект использован для локального формирования источников люминесценции.
В спектрах комбинационного рассеяния света ионно-облученных образцов наблюдалась полоса с максимумом около 1295 1/см, интенсивность которой коррелирует с концентрацией ионно-индуцированных вакансий, рассчитанной методами численного моделирования взаимодействия ионов с веществом. Выдвинутая одной из групп исследователей гипотеза о связи данной полосы с образованием в результате облучения включений кубической фазы нитрида бора была проверена методами просвечивающей электронной микроскопии и опровергнута.
В спектрах фотолюминесценции ионно-облученных образцов наблюдалась полоса с максимумом около 1,5 эВ, интенсивность которой также коррелирует с концентрацией ионно-индуцированных вакансий, рассчитанной методами численного моделирования. Несмотря на схожесть поведения описываемых полос в спектрах комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции, обнаружено, что максимальная интенсивность данных полос в одном и том же образце достигается при разных дозах облучения ионами, что не позволяет отнести обе полосы к одному типу дефектов, образующихся при ионном облучении.
После высокотемпературного отжига облученных ионами образцов ранее описанные полосы в спектрах фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света исчезают, что свидетельствует об уменьшении числа соответствующих им ионно-индуцированных дефектов, либо об изменении их зарядового состояния.
Кроме того, методом функционала плотности выполнены расчеты энергии образования вакансий бора, а также комплексов из вакансии азота и антиструктурного дефекта — азота в позиции бора, поскольку данные точечные дефекты рассматриваются как одни из перспективных кандидатов на роль однофотонных источников в данном материале. Определены наиболее энергетически выгодные зарядовые состояния данных дефектов, а также рассчитаны энергетические барьеры для их взаимной трансформации. На основании полученных значений высоты энергетических барьеров оценены температуры отжига, необходимые для наблюдения взаимной трансформации описываемых дефектов. Полученные значения хорошо согласуются с температурами отжига, используемыми в эксперименте. Показано, что направление трансформации дефектов зависит от их зарядового состояния.
Публикации
1.
Петров Ю. В., Гогина О. А., Вывенко О. Ф., Шаров Т. В., Борисов Е. В., Прокудина М.Г., Шевчун, А.Ф.
Tuning luminescence properties of hexagonal boron nitride with focused helium ion beam
Physica B: Condensed Matter, vol.695, 416588 (год публикации - 2024)
10.1016/j.physb.2024.416588
2. Янибеков И.И., Петров Ю.В. Сalculation of the formation energy and transformation probabilities of some intrinsic defects in hexagonal boron nitride Physics of Complex Systems, vol. 5, N. 4 (год публикации - 2024)
3.
Гогина, О. А., Петров, Ю. В., Вывенко, О. Ф., Ковальчук, С., Болотин, К.
Electron irradiation as a method for controlling luminescence of hexagonal boron nitride
St. Petersburg Polytechnic University Journal: Physics and Mathematics, Vol. 17., No. 1.1, pp. 49-54 (год публикации - 2024)
10.18721/JPM.171.108
4. Петров Ю.В., Вывенко О.Ф., Гогина О.А., Ковальчук С., Болотин К. Ультрафиолетовая катодолюминесценция ионно-индуцированных дефектов в гексагональном нитриде бора Письма в ЖЭТФ, т. 121, вып. 1 (год публикации - 2025)