Тонкопленочные оксидные материалы с квантовыми точками для конверсии излучения UV-Vis-IR диапазонов. Электронная структура, оптические свойства и энергетический транспорт.

Проект направлен на создание новых тонкопленочных материалов с заданными свойствами для устройств преобразования электромагнитного излучения УФ, видимого и ИК диапазонов. Основная цель состоит в получении детальной информации об особенностях формирования энергетической структуры, природы и динамики возбужденных состояний, механизмах миграции и диссипации энергии в тонких пленках с квантовыми точками. Актуальность задачи определяется возможностью создания нового поколения функциональных структур с повышенной эффективностью и быстродействием для устройств фотоники, оптоэлектроники, альтернативной энергетики и других систем преобразования излучений. Решение поставленной проблемы предполагает целый ряд комплексных исследований оксидных тонкопленочных систем, включая плазменный синтез, моделирование энергетической структуры и свойств, изучение механизмов электронно-оптических явлений, закономерностей электронно-колебательных взаимодействий, безызлучательного переноса энергии с учетом размерных факторов и интерфейсных эффектов "наноточка-матрица" и "пленка-подложка". В качестве объектов исследования выбраны наноструктурированные и аморфные тонкопленочные модификации оксидов редкоземельных (РЗЭ) и типичных элементов (Gd, Y, Si, Al, Mg) на диэлектрических и полупроводниковых подложках. Квантовые точки в тонкопленочных структурах будут формироваться посредством ионной имплантации и дополнительного термического отжига. Особенность методического подхода, который будет реализован в работе, состоит в системном применении комплекса экспериментально-теоретических методов в рамках схемы «энергетическая структура - механизмы электронных процессов "возбуждение-релаксация" - радиационно-оптические свойства – прототип функционального устройства». С использованием расчетных методов теории функционала плотности и экспериментальных методов рентгеновской, оптической, фотоэлектронной, ЭПР, ИК и КР-спектроскопии в тонкопленочных системах, содержащих оптически активные дефекты, нанокластеры и квантовые точки, будут определены параметры локальной атомной структуры, особенности дефектообразования, энергетические и кинетические характеристики возбужденных состояний, специфика донорно-акцепторных взаимодействий, закономерности даун- и ап-конверсионной трансформации энергии. Анализ полученных данных обеспечит необходимое понимание механизмов электронно-оптических явлений в тонкопленочных системах с квантовыми точками, что позволит направленно модифицировать дефектную структуру и другие параметры исследуемых материалов применительно к проблеме конверсии излучений. На завершающей стадии проекта предполагается предложить прототип новых конверсионных УФ и ИК преобразователей с повышенной эффективностью, провести первичные испытания и сформулировать конкретные рекомендации по дальнейшему улучшению характеристик.