Исследование новых материалов, тонких пленок и наноструктур методами лазерной и колебательной спектроскопии и оптической микроскопии высокого и сверхвысокого пространственного разрешения.

Исследована природа дополнительных, «лишних» с точки зрения правил отбора, оптических фононов, обнаруженных в большинстве кристаллов с ионно-ковалентными связями между атомами, в том числе в их твёрдых растворах. Эти дополнительные фононы расположены внутри области частот продольно-поперечного расщепления основных фононов, где действительная часть диэлектрической проницаемости кристалла отрицательна. Они также расщеплены кристаллическим полем на поперечные и продольные фононы, причём частоты "лишних" продольных фононов оказываются меньше частот "лишних" поперечных фононов, а сила осцилляторов этих фононов оказывается отрицательной. Исследованы особенности структурных фазовых переходов и динамика органического катиона в монокристаллах наиболее перспективного гибридного металл-органического перовскита CH3NH3PbI3 по спектрам отражения в терагерцовой и дальней инфракрасной области, а также пропускания в среднем и ближнем инфракрасном диапазоне. Определена электронная зонная структура монокристаллического алмаза, легированного фосфором, с помощью ИК поглощения, магнитоспектроскопии, ЭПР и расчетов из первых принципов. Исследованы новые перспективные лазерные среды, а именно кристаллы GdVO4:Er,Yb и Sr1-xLaxAl12-xMgxO19 (ASL), перспективных для различных применений: в источниках света на монослойных пленках, лазерах-микрочипах, новейших компактных «безопасных для глаз» волоконных лазерах, эффективных ап-конверсионные источниках, оптической памяти. Проведено систематическое исследование структуры энергетических уровней оптически активных ионов эрбия и иттербия в кристаллах GdVO4. Их спектроскопические свойства были исследованы с помощью оптической спектроскопии как поглощения, так и люминесценции. Было исследовано время жизни уровня 4I11/2 ионов Er3+ в разных кристаллах и влияние на него концентрации сенсибилизатора. Изучены перспективные для создания мощных твердотельных лазеров монокристаллы, легированные празеодимом, тщательно исследуют на предмет их оптических и лазерных свойств. Новый материал Sr1-xLaxAl12-xMgxO19 (ASL) исследован с целью достижения конгруэнтности плавления по составу x. Спектроскопия обертонов многоатомных молекул использована для исследования десятиатомной молекулы гексафторацетона (HFA, (CF3)2C=O), используемая при органическом синтезе, в химии термостойких полимеров и биохимии. Исследованы ИК спектры антиферромагнитного фторперовскита NaMnF3. Исследованы кристаллические галогениды серебра AgCl0.5Br0.5, легированные Dy3+., перспективные для использования в качестве основы источников яркого света в средней инфракрасной области спектра 3–6 мкм, востребованных для медицинской диагностики, обнаружения газов в природоохранной и химической промышленности. Были обнаружены коллективные явления в процессах релаксации возбужденных состояний ионов Dy3+ путем детального изучения кинетики люминесценции и формы спектров в ближней и средней инфракрасной области спектра. Продемонстрировано, что кристалл AgCl0.5Br0.5:Dy перспективен для лазерной генерации в среднем ИК диапазоне. Проведены работы по управляемому созданию структур с одиночными NV-центрыми в высококачественном алмазе HPHT IIa с низким содержанием азота в заранее определенных местах, что открывает принципиально новые возможности по использованию таких структур в качестве основы элементов квантовой оптики. Предложено использовать так называемые  и V системы на основе сверхтонких подуровней в кристаллах сложных фторидов KY3F10, активированные празеодимом. Проведено исследование температурных зависимостей линейно поляризованных спектров пропускания и люминесценции, зарегистрированных с высоким спектральным разрешением, кристалла KY3F10-Pr3+ (0.01 ат.%) и получено следующие результаты: уточнена и дополнена схема штарковских уровней иона Pr3+ в кристаллах KY3F10-Pr3+, изучены особенности формы спектральных линий, относящихся к f-f переходам в ионе Pr3+ для поиска проявлений сверхтонких расщеплений. Экспериментальные методы колебательной спектроскопии применены для исследования новых перспективных материалов и развития методической части. Спектроскопия ближнего поля (в режиме НПВО), по-видимому, является наиболее «нежным» методом исследования поверхности и тонких пленок на поверхности кристаллов. Следует отметить, что при корректном измерении серии спектров ПП методом НПВО для большого набора углов падения света в призме (при правильно подобранной толщине зазора между призмой НПВО и образцом) можно восстановить дисперсию ПП и с помощью математической обработки этой дисперсии найти все константы, определяющие функцию диэлектрической проницаемости. Таким образом, метод спектроскопии НПВО из качественного превращается в количественный (аналитический) метод исследования и характеризации тонких пленок. Из измерений ИК спектров отражения определены температурные зависимости параметров фононов и плазмонов в пленках Pb1-xSnxTe с х > 0.2, позволившие обнаружить структурный фазовый переход при Тс ≈ 50 К. Зарегистрированы чрезвычайно узкие линии в спектрах ИК люминесценции в области 1.5−1.2 μm гексагональной модификации SiC (4H, 6H) и проведена их частичная идентификация. Обнаружены особенности спектра, не упомянутые в предшествующих работах и подлежащие дальнейшему экспериментальному и теоретическому исследованию, а именно смещение линий люминесценции в зависимости от политипной модификации кристалла. Полученные результаты дают основу для более детальных исследований, в частности для определения конкретных дефектов, обусловливающих те или иные линии, а также для поиска их возможных практических применений в различных областях, таких как квантовая сенсорика, оптическая квантовая память, источники одиночных фотонов Впервые исследованы спектры отражения мультиферроика LiNiPO4 как при комнатной, так и при гелиевый ткмпературах. По сдвигам частот фононов при фазовом переходе замечено взаимодействие магнитной и колебательной подсистем в кристалле. По низкотемпературным ИК спектрам отражения уточнены параметры ИК-фононов. Определены частоты магнитных возбуждений, они совпадают с литературными данными. Разработаны методы комбинированного исследования фотофизических характеристик перовскитных кристаллов с характерными размерами от нескольких десятков нм до десятков микрометров. Разработано оригинальное программное обеспечение, позволяющее проводить коррелированный счет фотонов с возможностью селективной выборки сигналов для построения флуоресценных траекторий мерцающей люминесценции, а также кинетики люминесценции и кросскорреляционных функций для промежутка времени с заданной интенсивностью люминесценции. Характеризация геометрии (морфологии) нано-/микрокристаллов осуществлена с использованием техники атомно-силовой микроскопии. Исследованы закономерности в статистике фотонов люминесценции. Предложена и реализована в эксперименте методика корректного определения времени затухания люминесценции, времени жизни возбужденного состояния с учетом стохастических безызлучательных процессов. Создан экспериментальный комплекс для широкодиапазонных измерений матрицы возбуждения-испускания, или EEM (Excitation-emission matrix) при комнатной и криогенных температурах, что является своеобразным молекулярным «отпечатком пальца» для идентификации/характеризации сложных молекулярных соединений (особенно, при регистрации тонкоструктурных ил квазилинейчатных спектров люминесценции и возбуждения флуоресценции). Получено тестовое EEM изображение для молекул ТБТ в полиизобутилене. Создан аппарат для расчета спектров излучения и возбуждения фотолюминесценции пары неидентичных излучателей с диполь-дипольным взаимодействием, который позволяет учитывать схему создания кооперативного ансамбля, схему регистрации сигнала, а также схему энергетических состояний излучателей и отдельные механизмы уширения спектральных линий. Созданный расчетный аппарат позволяет выделить основные процессы, которые определяют формы спектральных зависимостей, доступных для экспериментальных измерений. Впервые экспериментально реализован новый метод возбуждения поверхностных плазмонов электрическим током в органическом полупроводнике и двух металлических нанослоях, осажденных на поверхности фотонного кристалла. Теоретическое обоснование возможности возбуждения поверхностных плазмонов в подобной структуре. Данные исследования открывают новые возможности для применений оптических волн на поверхности фотонных кристаллов, в том числе для новых типов биосенсоров. Выполнена работа по одновременному детектированию 96 и 384 биореакций на поверхности фотонно-кристаллического чипа.