Гигантское комбинационное рассеяние света полупроводниковыми наноструктурами с нанометровым пространственным разрешением

Целью настоящего проекта является изучение эффекта гигантского комбинационного рассеяния света одиночными полупроводниковыми наноструктурами вблизи металлических наноструктур с нанометровым пространственным разрешением.Эванесцентное электромагнитное (ЭМ) поле локализованных поверхностных плазмонов (ЛПП) в металлических наноструктурах индуцирует резонансные оптические явления в прилегающих полупроводниковых нанокристаллах (НК), включая гигантское комбинационное рассеяние света (ГКРС) и нано-КРС. Поверхностный плазмон, возбуждающийся в зазоре между металлическим острием кантилевера атомно-силового микроскопа и металлической наноструктурой (так называемый «щелевой» плазмон), может приводить к сильной локализации ЭМ поля и, следовательно, еще большему усилению нано-КРС полупроводниковыми наноструктурами, расположенными в зазоре.Ключевыми объектами исследования являются гибридные наноструктуры, состоящие из НК CdSe, CdS, CuS, либо PbS разного размера, сформированных по технологии Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) на массивах нанокластеров Au. Монослои MoS2, помещенные на металлические наноструктуры, будут использованы как модельный нанообъект для изучения природы нано-КРС, включая резонансные эффекты, влияние ближнего и дальнего ЭМ полей «щелевого» плазмона, деполяризационные свойства.В рамках настоящего проекта будет усовершенствована технология нанолитографии для формирования наноструктур Au различной морфологии. Для экспериментов по нано-КРС будут сформированы кантилеверы с металлическими (Au, Ag) нанокластерами, расположенными на острие кантилевера, с контролируемой энергий ЛПП резонанса (ЛППР). Морфология наноструктур с требуемыми плазмонными свойствами будет определена на основе 3D полноволновых расчетов. Размер, форма, состояние поверхности НК и металлических наноструктур будет контролироваться методами электронной и атомно-силовой микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.Резонансное ГКРС и нано-КРС в условиях совпадения энергии возбуждающего излучения, экситона в полупроводниковых НК и ЛППР в металлических структурах (кантилеверах и нанокластерах) позволит усилить сигнал нано-КРС (на 5-8 порядков) и, таким образом, изучить колебательный и электронный спектр отдельных гибридных наноструктур. Энергия мод КРС, обусловленных элементарными возбуждениями (в первую очередь локализованными оптическими и поверхностными оптическими фононами) в полупроводниковых наноструктурах, их интенсивности и поляризационные зависимости позволят получить принципиально важную информацию об эффекте локализации фононов, механических напряжениях, структурных трансформациях и состоянии поверхности в отдельных полупроводниковых наноструктурах.Беспрецедентное усиление, обусловленное «щелевым» плазмоном, сигнала нано-КРС элементарными возбуждениями в полупроводниковых наноструктурах будет получено с нанометровым разрешением благодаря инженерии оптических и электронных свойств полупроводниковых и металлических наноструктур с контролируемыми размером, формой и природой их сопряжения. В результате выполнения проекта будет установлена взаимосвязь между энергетическим спектром элементарных и связанных возбуждений и структурными свойствами гибридных наноструктур металл/полупроводник, имеющих принципиальное значение с точки зрения фундаментальной физики и потенциальных применений.