4. Физика конденсированного состояния: новые материалы, молекулярные и твердотельные структуры наноэлектроники, фотоники и спинтроники и их приложения в технике и медицине

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. В ходе выполнения проекта в 2024 году получены следующие ключевые результаты: - Показано, что возможно формирование связанного состояния в континууме в волноводном резонаторе Фабри-Перо с тремя зеркалами даже при отсутствии резонансов Фано в спектре пропускания зеркал при их отдельном рассмотрении. - Показано, что интерференция двух мод Майораны через неравновесную квантовую точку приводит к заметному отклику дифференциального квантового шума на конечной частоте, обусловленному разностью фаз Майораны. В экспериментах по измерению магнетосопротивления для графенизированных нематических аэрогелей обнаружен переход от двухмерного режима слабой локализации к одномерному. - Показано, что в RbMnF3 вблизи параметрического резонанса, происходит гигантское усиление интенсивности возбуждения терагерцовых магнонов. - Найдены выражения для туннельного тока и для нестационарного распределения заряда в конечной сверхпроводящей цепи Китаева. - Микроскопический подход расширен на случай контактов NS типа, когда ни нормальный металл, ни сверхпроводник, не являются термодинамическими резервуарами с равновесным термодинамическим распределением. - Обнаружено, что эффект близости определяется двумя вкладами: равновесным и неравновесным, причем Андреевский ток определяется неравновесным вкладом. - Были найдены ступеньки Шапиро в джозефсоновских контактах с хорошей прозрачностью, линейные по переменному току. - Для новых дихалькогенидов переходных металлов с изинговской сверхпроводимостью (NbSe2, MoS2, WS2 и др.) исследованы возможные механизмы сверхпроводящего спаривания. - В электронном спектре магнитного топологического сплава (Cd1-xCrx)3As2 конус Вейля сохраняется только для одной проекции спина - спина вниз. Показано, что электроны на конусе Вейля вносят доминирующий вклад в транспортные свойства сплава. - Исследовано семейство нанокластеров фосфора разного размера Pn от n=17 до n=220. С увеличением числа атомов наиболее устойчивая структура изменяется от одно- к двухцепочечной. - Предложена теория образования полимерной сетки из белков фибрина, играющей ключевую роль в процессах сворачиваемости крови. - Предложена квантовая технология создания многослойных металлических наноструктур с заданной оптической однонаправленной анизотропией. - В островковых металлических пленках в электрическом поле обнаружена отрицательная емкость, обусловленная ростом концентрации заряженных островков. - Спектроскопия КРС и поглощения света использованы для изучения бактерий, биологических тканей человека и мыши в норме и при патологии. - Проводились спектральные исследования по использованию нанокомпозитов на основе золота, наноалмазов и др. в качестве материалов для терапевтического воздействия. - Создана и исследована методика синтеза кремниевых структур, содержащих резонанс Фано с заданными свойствами. - Методом КРС исследованы модельные структуры на основе титановых фольг, подвергнутых облучению электронов и фторированию. - Построена теория релаксации носителей заряда в структурах из квантовых ям в квантующем магнитном поле, когда доминирующим механизмом межуровневого рассеяния является электрон-электронное рассеяние. - Построена микроскопическая теория резонансно-туннельного транспорта в сверхрешетках в квантующем магнитном поле. - В ходе разработки для фотовольтаических солнечных элементов изготовлены и исследованы структуры из квантовых ям GaAs/AlGaAs с введением в яму ультратонких туннельно-прозрачных барьеров. - Разработан метод очистки наноалмазов посредством отжига в соляной "шубе" без потери алмазного материала с контролем качества на основе ФЛ спектроскопии. - Выполнены разработки кремниевых лавинных фотоумножителей (КФУ, SiPM), в том числе непланарной конструкции, выпущена партия пластин с чипами КФУ. - Установлено, что воздействие -излучения привело к улучшению параметров диодов Шоттки GaAs1−xBix/Au: фактора идеальности, высоты барьера, ВАХ, концентрации электрически активных ловушек, интенсивности ФЛ. - Синтезированы плёнки карбида ниобия на алмазе показывающие выдающиеся сверхпроводниковые свойства. - Впервые синтезированы легированные бором полупроводниковые алмазы в среде благородных металлов: золота, серебра. - Исследовано динамическое смачивание низкоиндексных плоскостей алмаза и поликристаллического алмаза с Н- и О-адсорбатами, что важно для приложений. - Исследованы трансформации при отжиге спектров ФЛ алмазов, имплантированных гелием. - Определена наиболее предпочтительная концентрация серы для гиперлегирования кремния с точки зрения оптической и электрической активации примеси. - Для атмосферного окна 3-5 мкм рассчитана энергетическая диаграмма квантового каскадного лазера на основе рассогласованной по постоянной решетки гетеропары. - В кристаллах PbTe и PbSe проведен анализ динамики быстрого нелинейного отклика, вызванного резонансными терагерцовыми импульсами. - Изучены структурные аспекты влияния примеси хрома на свойства кристаллов дираковского полуметалла Cd3As2. - Квантовые поправки к проводимости в пленках Cd3-xMnxAs2 и Cd3-xCrxAs2 исследованы с целью найти переход из дираковского полуметалла в тривиальною фазу. - Симметрия двумерного электронного газа гетероструктур AlGaN/AlN/GaN исследована по данным экспериментов и расчетов из первых принципов. - Энергетические щели сверхпроводящих конденсатов сильной и слабой зон монокристаллов FeSe измерены методом спектроскопии андреевского отражения, определены константы внутри- и межзонных взаимодействий. езультаты указывают на s либо s++ симметрию параметра порядка. - Предложен метод определения характерного напряжения контактов Джозефсона из периода осцилляций ступенек тока на ВАХ контактов в поле СВЧ-излучения. - Исследованы физические свойства ряда веществ со структурой без центра инверсии: FeSi, MnSi, легированные Fe и Co. - Обнаружена универсальная линия в геликоидальной фазе Mn(Co,Fe), демонстрирующая независимость вкладов спиновых флуктуаций в теплоемкость от содержания примесей и их природы. - Установлено, что отрицательный вклад в продольное магнетосопротивление в FeSi обусловлен топологической природой, связанной с киральностью структуры. - Измерения когерентной спиновой динамики в нанокристаллах (НК) свинцово-галоидного перовскита CsPbI3 в стеклянной матрице показали, что электронный g-фактор в них уменьшается, а дырочный увеличивается с ростом энергии оптического перехода при повышении температуры. - В НК CsPb(Br,Cl)3 и CsPbBr3 наблюдались осцилляции спиновой поляризации дырок в нулевом магнитном поле, обусловленные сверхтонким взаимодействием дырок со спинами ядер кристаллической решётки. - На основе исследования динамики ФЛ НК построена модель, описывающая процессы релаксации и рекомбинации неравновесных носителей заряда в перовскитных нанокристаллах. - Исследованы когерентные гиперзвуковые волны в графитизированном алмазе. - Изучена перестройка дислокационной подсистемы твердых растворов на основе CdTe под воздействием субнаносекундных лазерных импульсов. - Исследована внутрицентровая люминесценция ионов ванадия и железа в кристаллических матрицах кубической сингонии. - Проведены исследования эффективных люминесцентных маркеров для задач биологии и медицины на основе внутрицентровых переходов. - Эффект "кристаллизации дефектов структуры" в додекабориде лютеция LuB12 при понижении температуры в более симметричную и устойчивую конфигурацию обнаружен методом ЯМР спектроскопии на ядрах 175Lu. - Показано, что кристаллизация стеклокерамик на основе фторхлорцирконатного стекла, легированного эрбием, ведет к увеличению гомогенности электронной структуры на атомах хлора и сужению линии ЯМР 35Cl. - Разработана криомагнитная система для мощного гиротрона с лампой бегущей волны (гиро-ЛБВ) W-диапазона. - Разработана и изготовлена малогаборитная аппаратура для регистрации сверхслабого оптического излучения от биокультур. - Изучена кинематика двухэтапного раскрытия лепестковой антенны космического радиотелескопа. - Обнаружена устойчивость ВАХ джозефсоновских контактов к отклонениям Is(ϕ) зависимости от простой синусоидальной, характерной для идеальных контактов. - Созданы малоплотные аэрогели-мишени и облучены в экспериментах по лазерному термоядерному синтезу и вторичным источникам волновых и корпускулярных излучений и направленных пучков из лазерной плазмы (ускоритель-на-столе). - Впервые на мишенях околокритической плотности продемонстрировано кратно увеличенное бетатронное излучение из предпрогретой плазмы беспримесных аэрогелей. - еализованы неразрушающие рентгеновские и нейтронный методы для материалов и мишеней: микрорадиография и микротомография малоконтрастных объектов и способ применения нейтронного 2D детектора для нейтронного времяпролетного дифрактометра. - Микропористые композиты с ферромагнитными нанодисперсиями Fe или Co получены пиролизом сверхсшитых полистиролов. Удельная поверхность микропор в нанокомпозитах достигает 600 м2/г. - Проведена модификация установок плазменный фокус для применения в материаловедении, в аддитивных технологиях. - Предложен способ получения однородного узкого ионно-плазменного. -На установке с титановым анодом удалось значительно снизить концентрацию нежелательных примесей в получаемых покрытиях. - Изучены свойства жесткого рентгеновского излучения с энергией квантов более 20 кэВ, генерируемого в плазмофокусном разряде быстрыми электронами. - Исследовано распределение накачки для образца дискового композитного активного элемента на керамике Yb:YAG/YAG c встроенным волноводным каналом. - Получена генерация Nd содержащих лазеров с иммерсионным диффузором и в лазерах на границе устойчивости резонатора с регулируемым контрастом спекл-структур. - Проведен анализ устройства на основе многосердцевидного световода для суммирования излучения в многоканальных лазерных системах. - Предложен и теоретически изучен новый тип широкоапертурного лазерного диода. - Проведено моделирование рабочих условий поточного формирования и левитационной доставки криогенных топливных мишеней в зону термоядерного горения. - Испытан усовершенствованный позиционно-чувствительный детектор нейтронов нового типа на основе слоя 10В и пропорциональной камеры. - В новых спиновых системах на основе ионов ванадия V³⁺ со спином S = 1 NH4VPO4 и (enH2)0.5VPO4OH yстановлен Холдейновский магнетизм. определены значения Холдейновской щели. - Методом ЯМР спектроскопии обнаружено существование точки изменения нематичности в квазибинарных сверхпроводниках Fe(Se,Te). - Методом ЯКР спектроскопии исследовано электрон-дефицитное замещение в перспективном термоэлектрике FeGa3. - Показано, что асимметрия ВАХ при различной туннельной связи с электродами возникает в симметричной молекуле за счет поляризации в электрическом поле даже при его симметричном распределении вдоль наноконтакта. - Предложено качественное правило определения деструктивной квантовой интерференции в бициклических углеводородах вблизи энергии Ферми. - Впервые показано существование ССК типа Фридриха-Винтгена в электрической мостовой схеме Уинстона. - Показано, что правильный выбор химического состава электрода может способствовать более предсказуемому формированию контакта с молекулой. - Исследовалась когерентная спиновая динамика в нанокристаллах CsPbI3 в матрице фторфосфатного стекла. Получена зависимость g-факторов электронов и дырок от размера и состава нанокристаллов. - Методом HPHT синтезирован сульфид олова, легированный редкоземельными элементами. Исследована фотолюминесценция пленок SnS2:Tm. - Методом гиперзвуковой микроскопии исследованы слоистые структуры, содержащие тонкие слои MoS2, WSe2, hBN. - Разработан дизайн гибридного фотоприемного устройства для среднего ИК диапазона с высокой обнаружительной способностью при температурах, доступных для каскадных элементов Пельтье, отработана технология эпитаксиального роста твердых растворов InAs1-хSbх для фоточувствительного слоя. - За отчетный 2024 год проекта подготовлено 103 публикаций, из них 93 публикаций в высокорейтинговых рецензируемых журналах Белого списка и списка ВАК.