Физика конденсированного состояния: новых материалов, молекулярных и твердотельных структур нанофотоники, наноэлектроники и спинтроники

Цель проекта – Экспериментальные и теоретические исследования физических явлений и процессов в новых материалах, твердотельных и молекулярных структурах для нанофотоники, наноэлектроники, спинтроники и управляемого термоядерного синтеза, с использованием современных измерительных методов, экспериментальных установок и новейших теоретических подходов. Разработка и исследование материалов и структур с новыми физическими свойствами, а также материалов, структур, приборов и устройств для различных приложений. Методология проведения работы – в рамках выполнения данной тематики Государственного задания проводились как экспериментальные, так и теоретические исследования. Результаты работы В ходе выполнения проекта получены следующие ключевые результаты. - Обнаружена однонаправленная магнитная анизотропия в многослойных структурах с островковыми слоями Co. - Обнаружен аномально большой по величине эффект оптической невзаимности в наноостровковых слоях Bi в многослойных системах Bi-Al2O3. - Для островковых пленок переходных металлов найдена зависимость термоэдс от их толщины, которая связана с особенностями поверхности Ферми металлических слоев. - Методом КРС исследованы наночастицы бора, синтезированные методом абляции в изопропаноле. Показано, что наночастицы имеют углеродную оболочку. - Обнаружено, что в полупроводниковой структуре, сформированной термической диффузией фосфора в пленке пористого Si p-типа, в базовой области p-n-перехода проявляется квантово-размерный эффект. - Впервые, методом КРС спектроскопии, наблюдался резонанс Фано в полупроводниковой структуре с p-n-переходом, сформированным термической диффузией бора в пленке пористого кремния. - Разработан новый метод измерения параметров SiPM с неразрешаемым фотоэлектронным спектром по трем моментам функциираспределения лавинного заряда. - Предложено абстрактное математическое описание понятия интеллекта по аналогии с задачей квантово-механических измерений. - Предложен новый, полностью оптический метод определения соотношения концентраций NV- и NV0 вакансионных центров в заданной точке микроалмаза. - Установлено, что под воздействием сурфактанта Bi происходит изменение структурных и оптических свойств гетероструктур InGa(Bi)As/GaAs с квантовыми точками. - Фотолюминесцентные микрометки нанесены на природный алмаз с помощью ультракоротких импульсов лазерного воздействия. Выявлены механизмы формирования центров люминиссценции в монокристаллических алмазных иглах. - На выращенных для изучения взаимодействия дираковских электронов Bi2Se3 с поверхностными ИК-активными фононами гетероструктурах обнаружена линия в спектре когерентных фононов, интерпретированная как возможное двухфононное состояние. - Показано, что увеличение содержания марганца в системе Cd3As2:Mn сохраняет качественные особенности магнетотранспорта, что можно интерпретировать как указание на сохранения исходной фазы дираковского полуметалла. - Впервые проведены исследования сверхпроводящего тока точечных контактов Джозефсона железосодержащего сверхпроводника KFe2As2. Показано, что KFe2As2 можно отнести к сверхпроводникам с s симметрией параметра порядка. - Показано, что в квантово-механической или оптической волноводной структуре с резонатором возможно формирование связанных состояний в континууме при сколь угодно малой длине резонатора. - Обнаружено, что зависимости кондактанса и дробового шума от напряжения, между электродами, связанными с квантовой точкой туннельно взаимодействующей с топологическим сверхпроводником, имеют два резонанса. - Разработана аналитическая модель сверхбыстрого переключения спиновой системы под действием ультракороткого терагерцового импульса и оптимизации энергии процессов переключения спиновых битов. - Экспериментально обнаружено два типа вкладов разного знака в магнетосопротивлении нематических проводящих аэрогелей, что связано с их строением. - Показано, что в системе квантовых точек, связанных туннельными переходами, можно создавать запутанные квантовые состояния для электронов, находящихся на большом расстоянии друг от друга. - Рассчитана стабильность молекул CnHm, хорошо коррелирующая с их наличием в межзвездной среде. - Найдены оптимальные структуры нанокластеров фосфора Pn, содержащих до 50 атомов. - Изучены стабильность и фазовые превращения моногерманида RhGe со структурой B20, класса с уникальными топологическими и магнитными свойствами. - Открыта модификация VO2 со структурой симпсонита, исследованы её электронные, транспортные и структурные свойства. - На основе асимметрии механических свойств волокон фибрильных гелей объяснена клинически наблюдаемая устойчивость напряженных окклюзионных сгустков к лизису растворяющими терапевтическими агентами. - Обнаружена сильная анизотропия времени продольной спиновой релаксации в редкоземельных ионах Ce3+ в кристалле YAG при низких температурах и малых магнитных полях. - Показано, что уменьшение размеров светодиодных микростолбиков в планарных структурах с КЯ InGaN/GaN, приводит к уменьшению эффективности люминесценции. - Начато исследование нового класса металлорганических люминофоров. - Проведены исследования лазерной генерации сходящихся акустических волн, позволяющих получать большие динамические деформации кристаллических материалах. - Реализовано лазерное воздействие на дислокации в CdTe при низкой температуре с одновременным in-situ контролем дислокационных ядер, основанном на анализе свойств формируемых ими люминесцентных центров. - Получены монокристаллы теллурида кадмия с оптически активным железом. - Исследована природа внутрищелевых состояний RuGa3 с помощью ЯМР, ЯКР и pump-probe спектроскопии. - Проведена оптимизация токовых конфигураций градиентной системы МРТ с кондуктивным охлаждением. - Создана компьютерная модель трансформируемого лепесткового зеркала космического радиотелескопа. Ведется физическое моделирование новой конструкции. - Проведено исследование особенностей электронно-фононного механизма в купратных ВТСП. - Для целей ИТР разработаны и поставлены в эксперимент мишени из хитозана в качестве полимерной основы для нагружения тяжелым металлом и реализации макропористых сеток. - В эксперименте показано, что стохастическое ускорение электронов в поле лазерной волны на СНО-аэрогелях может давать сравнимое с прямым лазерным ускорением количество энергетичных ускоренных электронов. - Впервые для анализа размеров и качества оболочечных мишеней использован рентгеновский микротомомограф высокого разрешения NEOSCAN N-80. - Лазерно-оптическими методами изучены свойства плазменных струй, образующихся в установке типа плазменный фокус (ПФ) с килоджоульным энергозапасом. Обнаружено, что в ПФ наблюдаются как азимутальные так и продольные токово-плазменные структуры типа плазмоидов. - Проведены измерения абсолютного нейтронного выхода в экспериментах по сжатию дейтерированной мишени с изменяющейся степенью предионизации в установке Ангара 5–1 (ТРИНИТИ). - Исследован режим внутрирезонаторного ВКР в лазере с дисковым активным элементом Yb:LuYAG на основе отечественной лазерной керамики. Исследовано влияние режима лазера на порог генерации и временную форму импульса. - Создана модель расчета 3D тепловых полей и полей термоупругих напряжений в кристаллах ЛД и ЛЛД. Получено экспериментальное подтверждение результатов расчетов. - Впервые предложен, испытан и запатентован способ левитационной циклотронной доставки криогенных топливных мишеней в камеру ИТС. - Показано свойство направленной чувствительности перспективного двухкоординатного детектора на основе бора-10. - Выращены и исследованы кристаллы (Mn1-x Cox)Si x=0.057-0.17. Построена P-T фазовая диаграмма геликоидального магнетика с расширенной областью флуктуаций. - Методом ЯМР исследованы различные типы магнитных нанопроволок на основе Fe, проведено сравнение гомогенных НП из Fe с образцами объемного железа. - С помощью ЯМР и ЯКР спектроскопии изучены свойства сверхпроводящего гексаборида YB6, а также нового сверхпроводника Mo4Ga20Sb. - Обнаружен эффект изменения типа анизотропии «легкая ось» → «легкая плоскость» при 1.5%-ом допировании мультиферроика BiFeO3 тербием. - Получен атомарно-тонкий слой WSe2 с большим латеральным размером. Исследована перестройка примесно-дефектной подсистемы при отжиге. - Исследовано распространение пикосекундного упругого импульса в Ван-дер-Ваальсовых гетероструктурах с помощью оптической накачки-зондирования с пространственным разрешением. - Синтезированны кристаллы дисульфида олова 2H политипа с высоким структурным совершенством. В кристаллах и полученных из них из них тонких пленках обнаружен новый люминесцентный центр, формирующий бесфононный переход. - Получена оценка параметров модели Хюккеля для величины туннельной связи молекулы с электродами для различных якорных групп: тиольной, пиридиновой и теофеновой. Различие величин составило почти три порядка. - Построена аналитическая конечно-модовая модель для описания межмодовой интерференции в квантово-механчиеских и оптических волноводных структурах. - Построена аналитическая модель магнитной структуры и сверхбыстрой спиновой динамики в тетраэдрических кристаллах CoF2 и MnF2. Проведено сопоставление аналитической модели с результатами экспериментов. - Показано, что в нанокристаллах перовскитов CsPbBr3 и CsPb(Cl,Br)3, встроенных в стеклянную матрицу, степень беспорядка и характер температурной активации носителей существенно зависят от размера нанокристалла. - Измерены g факторы и времена спиновой релаксации в нанокристаллах перовскитов CsPbBr3 и CsPb(Cl,Br)3, встроенных в стеклянную матрицу. Обнаружена долгоживущая спиновая динамика в коллоидных нанопластинах. - Исследован нелинейный отклик чистых сверхпроводников на электромагнитное поле, получено выражение для тока фотонного увлечения в тонких плёнках. - Проведены расчеты спектра "дельта-Т" шума в NSN структуре при произвольном распределении прозрачностей транспортных каналов в контактах между нормальными металлами и сверхпроводником. - Решены квазиклассические уравнения сверхпроводимости для неравновесного джозефсоновского SFS контакта с тонкой магнитной прослойкой. - Вычислены поправки по коэффициенту отражения к току в джозефсоновском SNS контакте с хорошей прозрачностью при постоянном приложенном напряжении. - Для целей ИТС предприняты работы по созданию и тестированию малоплотных структурированных мишеней в сравнительных лазерных экспериментах с образцами полной плотности. - Впервые предложены, разработаны и облучены на мощной лазерной установке «КАНАЛ-2» мишени из хитозана. - Разработаны композитные образцы и полимерные сильносшитые сетки. - Проведено исследование динамики объемной плазмы, самосвечения плазмы малоплотных мишеней, сравнение малоплотных и сплошных твердых мишеней, измерена генерация частиц в лазерной плазме, наблюдались термоядерные реакции в зависимости от состава, плотности, размеров и структуры мишеней. - Предложен механизм низкокогерентной генерации в лазере с иммерсионным диффузором. - Разработана технология изготовления Сr:LuYAG, получены образцы. Проведен структурный анализ СЭМ, измерены спектры пропускания. - Изготовлены опытные образцы линеек лазерных диодов на 976 нм. - Рассчитаны тепловые профили и профили механических напряжений в ЛЛД. - Экспериментально исследованы спектральные распределения в излучающих кластерах по апертуре ЛЛД, распределения деформаций в чипах ЛЛД. - Рассчитаны тепловые поля в новой конструкции матрицы лазерных диодов с прямым конвективным охлаждением активных элементов. За отчетный период подготовлено 99 публикаций, из них 89 публикаций в высокорейтинговых рецензируемых журналах, индексируемых в системах WoS, Scopus или РИНЦ, 1 Патент, 2 Заявки на патент.