Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект направлен на изучение возможности динамического манипулирования линейным и нелинейным оптическими откликами, как от одиночных частиц, групп таких частиц так и метаповерхностей. В рамках проекта были изготовлены массивы одиночных наночастиц MoS2 кубической формы (сторона 375 нм, высота - 400 нм) и цилиндрической формы (диаметр 300 нм, высота - 400 нм). Полученные наночастицы были визуализированы и охарактеризованы с использованием СЭМ и АСМ. Спектроскопия комбинационного рассеяния показала отсутствие загрязнения образцов в результате изготовления, а также показала, что характерные КР пики E12g = 383 см-1 и A1g = 408 см-1 соответствуют значениям для объемного MoS2, подтверждая гексагональную кристаллическую структуру изготовленных образцов. Была разработана методика для вращения и позиционирования изготовленных НЧ, основанная на подходах атомно-силовой микроскопии. Были получены спектры рассеяния одиночных Ми-резонансных частиц. В спектральной области 700-900 нанометров наблюдалось возбуждение резонансов типа Ми высокого порядка, количество и положение которых отличаются для кубов и цилиндров. Измерения показали, что положения резонансов не зависят от угла падения и направления поляризации излучения. Для перевернутых структур резонансов в спектрах рассеяния не наблюдалось в исследуемом диапазоне, что может быть связано с большой анизотропией показателя преломления материала. Были исследованы нелинейно-оптические эффекты в пленках дихалькогенидов и резонансных структурах на их основе. В качестве образца использовался набор тонких флейков MoS2 с различными толщинами, от монослоя до 25 слоев. Была получена карта сигнала ВГ, при длине волны 800 нм из которой следует, что наибольший сигнал ВГ идет от монослоев и ВГ отсутствует в области, где пленка сформирована из четного количества слоев. В спектрах монослоев наблюдается резонанс в диапазоне длин волн накачки 900-950 нм, который соответствует возбуждению С-экситона в слое MoS2 на частоте ВГ. Были измерены поляризационные и азимутальные зависимости ВГ одиночных НЧ. В спектрах интенсивности ВГ, полученных для не перевёрнутых куба и цилиндра, наблюдается большое число пиков, соответствующих резонансам Ми высоких порядков, возбуждаемых в НЧ на частоте излучения накачки. Для всех неперевернутых кубов выделялся резонанс на длине волны 830 нм, а для цилиндров - 960 нм. В спектрах ВГ для перевернутого куба полученных для набора углов поворота куба относительно поляризации излучения накачки можно выделить резонанс на длинах волн 880 нм и 910 нм, вклад которых в сигнал меняется в зависимости от угла поворота образца, а величина сигнала ВГ на порядок меньше, чем в резонансах не перевернутых структур. Спектры перевернутого и не перевернутого куба и азимутальные зависимости интенсивности ВГ в зависимости от длины волны излучения накачки получены в окрестности резонанса кубоида в диапазоне длин волн 790 - 830 нм с захватом как нерезонансной, так и резонансной области спектра. Было проведено сопоставления нелинейных спектров со спектрами рассеяния одиночных наночастиц и определения вида мод, возбуждаемых в наночастицах. В спектре рассеяния для не перевернутого куба и его мультипольное разложения получено, что в диапазоне перестройки лазера 700 - 1080 нм наблюдается несколько резонансов высоких порядков с четко выделяющимися пиками на длинах волн 760 и 820 нм. При этом распределения электрического и магнитного полей внутри куба имеют симметрию второго порядка и демонстрируют большое количество пучностей (по 3-4 в направлениях параллельно и перпендикулярно подложке), распределение которых значительно изменяется даже при небольшом изменении длины волны на несколько десятков нанометров. Как следствие, изменение конфигурации полей приводит к существенному изменению азимутальных зависимостей ВГ, наблюдаемому в эксперименте. В случае цилиндров распределения полей осесимметричны и в исследуемой области имеют вклады электрической квадрупольной и магнитной дипольной компоненты. По распределению полей внутри структуры можно оценить эффективность генерации ВГ и ее усиление по сравнению с ВГ от монослоя MoS2. Расчетный спектр ВГ для не перевернутого куба хорошо описывает экспериментальную зависимость и в частности положения всех пиков. Величина усиления интенсивности ВГ от куба на длине волны 830 нм составила 37 раз по сравнению с интенсивности ВГ от монослоя MoS2.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект направлен на изучение возможности динамического манипулирования линейным и нелинейным оптическими откликами, как от одиночных частиц, групп таких частиц так и метаповерхностей. В рамках проекта проведено комплексное исследование динамического управления линейными и нелинейными оптическими откликами одиночных резонансных НЧ, и метаповерхностей. Для этих целей были разработаны, изготовлены и детально охарактеризованы наноструктуры на основе различных материалов с использованием современных методов нанофабрикации и синтеза. Для этого, были использованы два основных типа наночастиц. Наночастицы-диски из монослойного WS₂ (высота 305 нм, радиус 210 нм), полученные методом механической эксфолиации и сформированные в упорядоченные массивы с периодами 3 мкм и 900 нм посредством электроннолучевой литографии (ЭЛЛ) и реактивного ионного травления (РИТ). Чистота и кристалличность материала подтверждены спектроскопией комбинационного рассеяния (КР). Были получены спектры отражения и пропускная для изготовленных, метаповерхностей. Были определены положения резонансов. Было проведено исследование динамики манипулирования оптическим откликом резонансных структур путем изменения показателя преломления сред-посредников. В качестве среды с варьируемым показателем преломления были использованы жидкие кристаллы нематического ЖК Е7. Изменяя показатель преломления среды внешним управляющим сигналом, было показана возможность управления резонансными режимами рассеяния метаповерхностей, находящихся в такой среде. Была так же произведена серия расчетов, предусматривающих заливку образца метаповерхности сверху диэлектриками с различным показателем преломления (n=1, 1.5, 1.6, 1.69). Метаповерхность на основе кремния, состоящая из наночастиц в виде диска со смещенным от центра отверстием (высота 109 нм, внешний радиус 185 нм, радиус отверстия 78 нм, смещение 39 нм, период 682 нм). Такая геометрия обеспечивает продольную бианизотропию и поддержку квази-запертых (BIC-подобных) мод. Была проведена структурная характеризация (АСМ, СЭМ, КР- картирование), подтвердившая соответствие геометрических параметров и сохранение кристалличности материалов после литографии. Для кремниевой метаповерхности методом линейной спектроскопии исследованы резонансные свойства, продемонстрирована выраженная поляризационная зависимость отклика. Экспериментально показано, что резонансная мода (максимум теоретически предсказан на 1159 нм, экспериментально ~1172 нм) эффективно возбуждается только при определенной ориентации электрического поля падающей волны, что соответствует модели продольной бианизотропии магнитного типа. Наличие технологических дефектов приводило к уширению резонанса. На поверхность кремниевой метаповерхности с квази-BIC модой были нанесены коллоидные квантовые точки (КТ) PbS с полосой люминесценции (~900 нм), частично перекрывающейся с резонансом метаповерхности. Было обнаружено поляризационно- зависимое усиление фотолюминесценции КТ PbS в резонансе с метаповерхностью. Максимальное усиление ФЛ, более чем в три раза, наблюдалось при ориентации электрического поля возбуждающего излучения перпендикулярно оси симметрии метаатома, что полностью коррелирует с условиями эффективного возбуждения квази-BIC моды. Это доказывает реализацию эффекта Парселла, связанного с увеличением локальной плотности фотонных состояний в резонаторе. Показана возможность поляризационного управления интенсивностью ФЛ в гибридной системе. Была исследована генерация оптических гармоник в изготовленных метаповерхностях. Сигнал второй гармоники отсутствовал из-за центросимметричности материалов. Обнаружена эффективная генерация ТГ в диапазоне накачки 1120-1220 нм. Была выявлена сильная (на два порядка) зависимость интенсивности ТГ от поляризации накачки, аналогичная линейному отклику: максимальная эффективность достигается в «разрешенной» геометрии (поляризация перпендикулярна оси симметрии). В разрешенной геометрии зафиксирован узкий высокодобротный резонанс ТГ (ширина ~10 нм), обусловленный возбуждением квази-BIC моды на частоте накачки. Продемонстрировано динамическое управление резонансом ТГ: нанесение слоя КТ PbS вызывает красный сдвиг резонансной длины волны на величину до 30 нм, значительно превышающую ширину резонанса. Удаление КТ возвращает резонанс в исходное положение. Обнаружено локальное усиление сигнала ТГ в «запрещенной» геометрии на краях метаповерхности, что связано с повышенной концентрацией дефектных метаатомов. Это указывает на высокую чувствительность ТГ к структурным несовершенствам и открывает возможность её использования для неинвазивного контроля качества метаповерхностей. Отработана методика сухого механического переноса для создания стека из различных дихалькогенидов (например, MoS₂/MoSe₂). Полученные структуры охарактеризованы методами оптической микроскопии, АСМ и КР-спектроскопии. Разработаны методики синтеза с использованием фемтосекундной лазерной абляции/фрагментации в жидкостях. Получены стабильные коллоидные растворы гибридных НЧ Si@Au, Si@Ag, MoS₂@Au, MoS₂@Ag. Статистический анализ (РЭМ, ПЭМ) показал распределение размеров: ядра Si (90-130 нм) и MoS₂ (30-40 нм), оболочки из НЧ Au/Ag (3-7 нм). ПЭМ подтвердил поликристаллическую структуру ядер MoS₂ и их декор мелкими металлическими наночастицами. Спектроскопия экстинкции выявила в спектрах наночастиц MoS₂ характерные экситонные пики (~550 нм, ~650 нм). КР- спектроскопия подтвердила сохранение кристаллической структуры MoS₂ (наличие мод E¹₂g и A₁g) после лазерного синтеза. Методом лазерно-индуцированного осаждения получены флоки MoS₂, покрытые наночастицами Au (2-5 нм). Были синтезированы наночастицы LiNbO₃:Eu методом фемтосекундной лазерной абляции в жидкостях, демонстрирующие уникальное сочетание дефектно-индуцированных оптических и фотокаталитических свойств. ПЭМ выявила морфологическую неоднородность наночастиц (сферические и фрагментированные формы, размеры 10–30 нм с логнормальным распределением) и сосуществование кристаллических и аморфных субструктур, что подтверждает стохастический характер процесса абляции. Оптическая спектроскопия показала сохранение кристаллических мод в спектрах КР (узкие линии 154, 240, 430, 625 см⁻¹), на фоне появления аморфных полос (140–340 и 570–1000 см⁻¹), связанных с оксидами ниобия и кластерами NbO₆ (линия 808 см⁻¹), возникающими из-за потерь лития. Люминесцентные спектры исходного порошка характеризуются узкими пиками на 612–615 нм (⁵D₀ → ⁷F₂), в то время как в наночастицах наблюдается их уширение до 5–10 нм и появление пика на 579 нм (⁵D₀ → ⁷F₀), отражающее нарушение симметрии локального окружения Eu³⁺-центров за счет дефектов. Фотокаталитическая активность в разложении метиленового синего под видимым светом проявляется в ускорении деградации, с двухэтапной кинетикой первого порядка.