Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В программном пакете COMSOL Multiphysics было проведено численное моделирование резонансных свойств латерального микрорезонатора (ЛМР) в зависимости от его высоты. Для ЛМР с высотой h = 5 мкм была обнаружена фундаментальная волноводная мода, поляризованная вдоль оси y. В спектре пропускания для данной моды наблюдается высокодобротный резонанс с центральной длиной волны 528.51 нм. Изготовлен фотонный дизайн n-Si/SiO2 с периодической одномерной решеткой из SiO2 с глубиной решетки 700 и 1900 нм. Измерены спектры пропускания изготовленных образцов. Проведен численный расчет спектров отражения изготовленных ЛМР. В ЛМР с высотой h = 700 нм, резонанс наблюдается возле 515 нм с добротностью Q <100. В ЛМР с высотой h = 1900 нм наблюдается выраженный резонанс (Q ≈ 5 ×10^2) на длине волны 517.65 нм. Была проведена интеграция перовскитного нитевидного микрокристалла (НМК) состава CsPbBr3 с ЛМР высотой 1900 нм. Для описания динамики полярионной генерации в системе ЛМР@НМК (ЛМР с НМК) была разработана математическая модель и соответствующий ей код в среде Matlab. Изучена поляритонная генерация в планарном микрорезонаторе (ПМР) на основе двух брэгговских зеркал и перовскитного пластинчататого микрокристалла (ПМК) между ними. Полученные зависимости интегрированной интенсивности пика излучения, а также его ширины линии на полувысоте и синего смещения от накачки показали четкий пороговый характер при Pth ≈ 22 мкДж·см−2. Экспериментальная добротность поляритонной лазерной моды при P = 1.1 Pth составила 4.4×10^3 . Была проведена характеризация поляритонной генерации образца ПМР@ПМК CsPb(Br,Cl)3. Наилучшая аппроксимация экспериментальных карт ФЛ от угла с использованием поляритонной дисперсии была достигнута при половине расщепления Раби ℏΩ ≈ 35 мэВ и отстройке Δ = - 55 мэВ. В результате слабого легирования ионами Cl- экситонный резонанс ПМК CsPb(Br,Cl)3 был отстроен на 58 мэВ выше по энергии по сравнению с экситонным резонансом ПМК CsPb(Br)3, что позволяло реализовать поляритонную генерацию на ~0.1 эВ выше по энергии. Динамика поляритонов была описана в терминах медленно меняющейся амплитуды волноводной моды и функции параметра порядка, описывающей динамику когерентных экситонов. Для описания нелинейной динамики была применена широко известная феноменологическая модель, основанная на уравнении Гросса-Питаевского. Было проведено теоретическое моделирование поляритонных состояний, полученных в эксперименте от планарного микрорезонатора с ПМК CsPb(Br,Cl)3. Проведен анализ собственных состояний поляритонов для случая планарного микрорезонатора с ПМК CsPb(Br,Cl)3, расположенного под углом 15° к оси x. Обнаружено, что примененная простая теоретическая модель хорошо аппроксимирует положение максимумов излучения по проекции волнового вектора излучения, выходящего из образца. Для моделирования конденсата при накачке, превышающей порог конденсации, применялось уравнение Гросса-Питаевского только с некогерентной накачкой, стационарное состояние формировалось из начальных условий, которое бралось в виде случайного распределения поля малой интенсивности. Был рассмотрен случай, когда время релаксации резервуара мало. Обнаружено, что при малом превышении порога оптической накачки возникает стационарное состояние. Рассчитаны распределение плотности и спектр излучения данного состояния. Для численного моделирования процесса одномерного движения носителей заряда в микроструктуре типа металл-полупроводник-металл была использована система уравнений дрейфа-диффузии в дополнение к уравнению Пуассона для двух типов носителей в предположении их постоянной подвижности. При увеличении скорости сканирования по напряжению в ВАХ был обнаружен гистерезис по причине того, что быстрые изменения приложенного смещения приводят к динамическому неравновесному состоянию для каждого типа носителей заряда и электрического поля. Была предложена модель, описывающая ток дрейфа-диффузии подвижных ионов в перовскитной микроструктуре типа металл-полупроводник-металл. Были рассчитаны циклические ВАХ микроструктуры типа металл-полупроводник-металл с учетом вклада в полный ток тока подвижных ионов при различных температурах. Для достижения лазерной генерации при электрической накачке была исследована электролюминесценция (ЭЛ) перовскитных микроструктур при низких температурах и большой плотности тока как в режиме как постоянного, так и импульсного электрического возбуждения. Были измерены ВАХ микроструктуры ОУНТ/МПК CsPbBr3/ОУНТ при облучении постоянным лазерным излучением с длиной волны 532 нм при различных температурах от 40К до 200К. Обнаружено, что ток, текущий через микроструктуру существенно увеличивается за счет фототока от десятков нА в случае отсутствия накачки до единиц мкА в случае 60 мВт см-2 при температурах ниже 200К. При 200К и более высоких температурах разница в величине темнового и фототока уменьшается и ВАХ содержит заметные петли гистерезиса. Аналогичные тренды были обнаружены для ВАХ устройств с сформированной p-i-n гетероструктурой. Помимо запланированных в 2024 г. работ, коллектив исполнителей выполнил дополнительную задачу, связанную с исследованием динамики возбужденных носителей заряда, захваченных на ловушках. Результаты исследования опубликованы с статье A. Marunchenko, J. Kumar, D. Tatarinov, A.P. Pushkarev, Y. Vaynzof, and I.G. Scheblykin, “Hidden Photoexcitations Probed by Multipulse Photoluminescence” ACS Energy Lett. 2024, 9, 5898–5906, IF 19.5, Q1. Кроме того, коллективом была опубликована статья на тему исследования электролюминесции перовскитных нанокристаллов (НК), допированных ионами Cd2+, синтез и исследование оптических свойств которых были выполнены на предыдущем этапе выполнения проекта: Sergey S. Anoshkin, Elizaveta V. Sapozhnikova, Yibo Feng, Yangyang Ju, Alexander Pavlov, Roman G. Polozkov, Alexey Yulin, Haizheng Zhong, Anatoly P. Pushkarev, “Blue-Emitting Cs(Pb,Cd)Br3 Nanocrystals Resistant to Electric Field-Induced Ion Segregation”, ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 9, 11656–11664, IF 8.5, Q1