Разработка подходов для установления оптических свойств неорганических и органических наноструктур методами наноспектроскопии

Объектами исследования этапа 2024 г. являются отдельные полупроводниковые наноструктуры- монослойные покрытия дихалькогенидов металлов, пленки графена, НК на основе CdSe, GaP, GaAs, новые материалы, включая слоистый In2Se3 и эпитаксиальные слои InAlAs, перспективные для изучения методами наноскопии. Цель работы – разработка методов и подходов для определения оптических характеристик полупроводниковых и органических наноматериалов методами нано-КРС, нано-ФЛ и нано-ИК спектроскопии, развитие технологий формирования и исследование свойств полупроводниковых и плазмонных наноструктур с нанометровым пространственным разрешением. В результате выполнения настоящего этапа проекта развиты методы наноскопии, включая нано-КРС и нано ФЛ, реализованы условия для картирования методом нано-КРС пленки монослойного графена, усиленного иглой атомно-силового микроскопа. Показано, что нано-КРС может быть эффективно применен для изучения структурных наноразмерных дефектов графена, для определения локальных механических напряжений. Важнейшим результатом по проекту в целом является разработка подходов для локального анализа отдельных полупроводниковых наноструктур с помощью наноспектроскопии в режиме щелевого плазмона. К числу основных результатов по выполнению НИР относятся следующие: 1. Реализация и исследование явления нано-КРС на оптических фононах НК CdSe на плазмонных подложках в моде «щелевого плазмона» с нанометровым пространственным разрешением при разных длинах волн возбуждения. 2. Обнаружение локальных структурных дефектов и определение встроенных механических напряжений в пленках мультиграфена и графена методом нано-КРС на плазмонных подложках в моде «щелевого плазмона» с нанометровым пространственным разрешением. 3. Установление с помощью ближнепольной ИК спектроскопии локально состава х нанопроволок SiOx с пространственным разрешением намного превышающим дифракционный предел, сформированных методом локального окисления иглой атомно-силового микроскопа на Si. 4. Комбинация поляризованной нано-КРС и нано-ИК-спектроскопии позволила провести детальный анализ фононных мод в отдельных нанокристаллах AlN с нанометровым пространственным разрешением, исследовать пространственную локализацию разных фононных мод в нанокристалле и определить угловую дисперсию фононных мод для отдельного нанокристалла AlN. 4. Впервые изучена межзонная нано-ФЛ нанопроволок и выполнено картирование интенсивности ФЛ с пространственным разрешением около 20 нм. 5. Обнаружено и изучено плазмонное усиление сигнала КРС оптическими фононами нанопроволок GaP со встроенной галлиевой каплей при различной поляризации лазерного излучения. 6. Определен фононный спектр атомно тонких нанопластинок ZnSe методами колебательной спектроскопии, включая КРС и ИК спектроскопию. Изучен эффект квантования оптических фононов в предельно тонких нанопластинках. 7. Обнаружен и исследован эффект плазмонного усиления ИК поглощения на оптических фононах нанопластинок CdSe/CdS, нанесенных на массивы золотых наноантенн, сформированных с помощью нанолитографии. Показано, что использование двух типов массивов с наноантеннами, структурные параметры которых оптимизированы таким образом, что их энергии ЛППР совпадают с энергией оптических фононов CdS и CdSe, является новым перспективным подходом для изучения фононного ответа ядра и оболочки. 8. Предложен прототип селективного сенсора для определения малых концентраций веществ представляющий собой чип с 4 массивами линейных наноантенн с разной длиной, структурные параметры которых рассчитаны таким образом, чтобы энергии четырех ЛППР совпадали с энергией основных колебательных мод в выбранном органическом материале. Результаты, полученные в ходе выполнения этапа проекта, соответствуют мировому уровню исследований в данной области, опубликованы в рейтинговых научных журналах и докладывались на международных и российских конференциях.