Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе выполнения исследовательской работы за первый год реализации проекта были исследованы излучательные свойства гибридных наноструктур на основе ННК GaP и моноатомных слоев дихалькогенидов переходных металлов. Оптические свойства гибридных наноструктур исследовались методами численного моделирования и экспериментально с использованием методов картирования отклика комбинационного рассеяния света, фотолюминесценции, а также спектроскопии фотолюминесценции с разнесенными в пространстве сбором и оптической накачкой. По итогам проведенной теоретической работы были получены результаты, среди которых можно выделить расчет профилей распределения интенсивности электрического поля в поперечном сечении горизонтально ориентированных ННК GaP на стеклянной подложке для длин волн фотолюминесценции MoS2 и WSe2, что продемонстрировало эффективную локализацию собственных мод внутри ННК GaP и утечку мод в подложку. Также были рассчитаны зависимости эффективного показателя преломления собственных мод от диаметра ННК GaP, что показало отсечку волноводного эффекта, связанную с утесками в подложку. Методом FDTD смоделировано распространение фотолюминесценции от монослоев MoS2 и WSe2 вдоль ННК GaP, подтвердив эффективный ввод излучения в ННК и резонансное поведение, что отображается на стационарных распределениях электрического поля. В результате изучения методов создания гибридных наноструктур были разработаны протоколы переноса эксфолиированных слоев MoS₂/MoSe₂, WS₂/WSe₂ с использованием PDMS, что обеспечило сохранность структуры и свойств материалов. Позиционирование ННК на основе GaP на монослоях дихалькогенидов переходных металлов было реализовано с помощью ультразвуковой обработки и капельного метода. Также, с использованием предложенного подхода, были сформированы гибридные наноструктуры на основе ННК GaP и монослоев дихалькогенидов. В рамках экспериментального исследования оптических свойств гибридных наноструктур были получены изображения монослоя MoS2 и ННК GaP с использованием методов оптической и атомно-силовой микроскопии. Картирование отклика комбинационного рассеяния света позволило получить карты интегральной интенсивности от ННК GaP на монослое MoS2, что подтвердило его структуру сфалерита. Методом фотолюминесценции были получены карты интегральной интенсивности, демонстрировавшие волноводные и резонаторные свойства ННК. Также были представлены экспериментальные зависимости спектров фотолюминесценции MoS2 от мощности лазерной накачки, показывающие необратимое смещение пика в длинноволновую область. Продемонстрирована возможность направленного вывода спектрально модулированной фотолюминесценции MoS2 через ННК GaP, а измеренные спектры продемонстрировали резонансы Фабри-Перо. Спектроскопия возбуждения фотолюминесценции показала усиление фотолюминесценции при возбуждении длиной волны, близкой к экситонным линиям MoS2, с отсутствием отклика в диапазоне поглощения GaP. Картирование отклика комбинационного рассеяния позволило визуализировать гибридную наноструктуру на основе гетероструктурированных ННК GaP/GaPAs и монослоя MoS2, подтвердив структуру сфалерита и соответствие между модами и толщиной слоев. Картирование фотолюминесценции от ННК GaP/GaPAs на моно-, двух- и трехслойном MoS2 показало усиление отклика на концах ННК, что связано с взаимодействием с MoS2, с наибольшим усилением на монослое. Полученные результаты продемонстрировали возможность усиления, направленного вывода и спектральной модуляции фотолюминесценции тонких слоев дихалькогенидов переходных металлов с помощью ННК фосфида галлия, а также гетероструктур на их основе с прямозонными вставками GaPAs, что открывает новые возможности в проектировании устройств фотоники и управлении светом в наномасштабе.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе второго года реализации проекта выполнено комплексное исследование, направленное на управление оптическими свойствами монослоев диселенида вольфрама (WSe₂) с помощью резонансных наноструктур. Основная работа заключалась в теоретическом моделировании и экспериментальной демонстрации эффекта усиления фотолюминесценции (ФЛ) за счёт формирования гибридных наногетероструктур на основе монослоя WSe₂ и упорядоченных массивов горизонтальных нитевидных нанокристаллов (ННК) фосфида галлия (GaP). Численное моделирование на первом этапе предсказало значительное увеличение поглощения падающего излучения в монослое WSe₂ при его интеграции с массивом ННК GaP. Этот эффект был подтвержден для двух длин волн оптической накачки – 532 и 633 нм, что обосновало выбор данных режимов для последующих экспериментов. Экспериментальная часть работы включала создание высококачественных образцов. Методами механической эксфолиации и сухого переноса были получены монослои WSe₂ на стандартных кремниевых подложках с оксидом (Si/SiOₓ). На поверхность подготовленных монослоев с помощью прецизионной методики «pick-and-place» были интегрированы заданные конфигурации массивов из отдельных горизонтальных ННК GaP. Контроль качества и морфологии полученных наногетероструктур осуществлялся методами атомно-силовой и оптической микроскопии. Ключевые результаты были получены с помощью спектроскопических и микроскопических методов высокого разрешения. Конфокальная фотолюминесцентная микроскопия наглядно показала усиление интенсивности ФЛ от монослоя WSe₂ в непосредственной близости от массива ННК GaP при накачке на длинах волн 532 и 633 нм. Более детальное картирование откликов ФЛ и комбинационного рассеяния света (КРС) не только подтвердило пространственную корреляцию усиления ФЛ с положением нанопроволок, но и выявило локальное увеличение интенсивности сигнала КРС от монослоя, расположенного непосредственно под ННК. Это прямое свидетельство эффективного взаимодействия падающего лазерного излучения с гибридной структурой и усиление электромагнитного поля вблизи ННК. Для визуализации этого эффекта было проведено исследование с помощью сканирующего ближнепольного оптического микроскопа (СБОМ). Анализ не только позволил детально изучить топографию наноструктур, но и зафиксировать распределение ближнего оптического поля. На длине волны фотолюминесценции WSe₂ (около 750 нм) была обнаружена высокая степень локализации поля в области расположения ННК GaP. Этот результат является прямым экспериментальным подтверждением механизма усиления, лежащего в основе наблюдаемого увеличения интенсивности как ФЛ, так и КРС. Таким образом, в рамках проекта успешно продемонстрирован контролируемый метод усиления оптических сигналов в двумерных полупроводниках за счёт создания гибридных резонансных гетероструктур. Полученные результаты — от теоретического прогноза до комплексной экспериментальной верификации разными методами — создают прочную основу для разработки новых компактных оптоэлектронных устройств на основе двумерных материалов.