Механизмы взаимодействия фотонных потоков оптического диапазона с низкоразмерными диэлектрическими нанообъектами и наносистемами

Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований, позволяющие углубить понимание базовых механизмов и факторов, определяющих люминесцентные, оптические и нелинейно-оптические свойства низкоразмерных объектов в поле низкоинтенсивного лазерного излучения. Построены теоретические модели оптических и нелинейно-оптических свойств диэлектрических наносистем. Выявлены наличие полос поглощения видимого и УФ-излучения наноразмерными частицами SiO₂,Tb₂O₃, BN в растворах и таблетках из нанопорошков, существование связи источника люминесценции с дефектами поверхности наночастиц SiO₂, BN, AlN или образованием экситонных состояний, влияние температуры отжига на процесс формирования и стабильности излучательных центров (люминесценции). Установлено, что с ростом температуры отжига частиц в большинстве случаев квантовый выход люминесценции сначала достигает максимума, а затем наступает гашение люминесценции. Отмечено влияние формы и размеров частиц на энергетический спектр носителей зарядов (электронов и дырок) диэлектрика. Показано, что с уменьшением размера наночастиц ослабевает влияние дефектов и увеличивается разница экситонных спектров наночастицы и объемного кристалла независимо от химической природы диэлектрика. Развита теория о взаимодействии электромагнитного поля с носителями зарядов в полупроводниковых и диэлектрических наночастицах (квазинульмерных объектах). Теоретически показано, что сила осциллятора и дипольный электрический момент фотопереходов одночастичных состояний электронов в нульмерных квантовых точках полупроводников имеют гигантские значения по сравнению с объемными материалами. Это проявляется в гигантских величинах сечений поглощения света квазинульмерными полупроводниковыми объектами, что делает возможным их использование для создания эффективно поглощающих свет наноматериалов в заданных диапазонах частот. Исследована роль экситонных состояний оптических электронов в широкозонных диэлектрических наночастицах в механизме возникновения низкопорогового нелинейного отклика с нетипичной зависимостью от интенсивности и длины волны. Предложена теория о нелинейно-оптических свойствах диэлектрических наносистем, согласующаяся с экспериментальными результатами.