Функциональные двумерные гетероструктуры

Целью проекта является обеспечение технологического лидерства России в фундаментальных и исследованиях в области функциональных двумерных материалов, а также новых комплексных структур на их основе и связанных с ними высокоэффективных технологий в том числе связанных с технологиями искусственного интеллекта как для создания принципиально новых функциональных материалов пониженной размерности, так и для управления технологическими процессами их синтеза, новыми методиками неразрушающей диагностики локальной атомной, электронной и магнитной структур этих материалов. Проект реализуется на базе центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, Физтех. Использованы современные методики и оборудование: электронная и оптическая литография, просвечивающая и электронная микроскопия, атомно-силовая и рассеивающая сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, микрорефлектометрия, терагерцовая спектроскопия и многое другое. Основное внимание уделено изготовлению функциональных двумерных гетероструктур и изучению их физики, методам моделирования и оптимизации устройств на их основе, а также прикладным разработкам на их основе. Основные научные результаты работы над проектом на втором этапе связаны с разработкой элементной базы функциональных устройств на основе двумерных, квазидвумерных материалов и гетероструктур. Разработана и детально исследована гибридная светоизлучающая структура на основе MoS2 и резонатора в виде нанокристалла GaP. Разработан новый геометрический дизайн контактов к двумерным материалам, представляющий собой новый метод реализации фотодетекторов с нулевым электрическим смещением. Детально исследованы вопросы детектирования оптического излучения в среднем инфракрасном диапазоне с помощью асимметричных угловых и симметричных щелевых устройств на основе двумерных и квазидвумерных материалов. Разработаны поляризационно-чувствительные фотодетекторы в среднем инфракрасном диапазоне. Разработаны схемы высокочувствительного терагерцового детектирования с помощью p-n переходов в двухслойном графене с открытой запрещенной зоной. Осуществлена характеризация микроволновых и терагерцовых свойств сверхпроводящих пленок NbTiN с использованием терагерцовой спектроскопии с временным разрешением. Исследованы оптические свойства разделенных однослойных углеродных нанотрубок, полученных при помощи фотофореза. Выполнены теоретические исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с атомами и молекулами. Все полученные результаты обладают новизной. Проведенные на втором этапе исследования создают необходимый базис для достижения поставленных целей проекта по разработке нанофотонных и оптоэлектронных устройств на основе функциональных двумерных гетероструктур. По результатам реализации проекта получено решение о выдаче патента на полезную модель "Оптический разветвитель", Заявка No 2023130453/28(067711), дата подачи заявки 23.11.2023, дата начала отсчета срока действия патента 23.11.2023 (авторы: Грудинин Дмитрий Викторович, Сюй Александр Вячеславович, Арсенин Алексей Владимирович). Все работы выполнены в соответствии с техническим заданием и календарным планом. По результатам второго этапа опубликовано 19 статей в журналах, индексируемых Web of Science и Scopus (со ссылкой на проект государственного задания FSMG-2021-0005), в том числе в таких журналах, как Nano Letters (Q1, 10,8), ACS Nano (Q1, 17,1), Small (Q1, 13,3), Physical Review B (Q1, 3,7), Physical Review A (Q1, 2,9), ACS Applied Nano Materials (Q1, 5,9), Material Research Bulletin (Q1, 5,4), Scientific Reports (Q1, 4,6), Proteins: Structure, Function and Bioinformatics (Q1, 2,9), Crystals (Q2, 2,7), Ceramics International (Q1, 5,2), Carbon (Q1, 10,9), Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications (Q2, 2,7) и 2D Materials (Q1, 5,5).