Физические свойства новых 2D и 3D наноструктур и материалов для практических применений

Новые материалы и структуры в значительной степени обеспечивают прогресс различных отраслей техники и экономики. C развитием методов микро- и наноструктурирования появилась возможность формировать новые искусственные материалы с полезными свойствами, которые превосходят природные или не встречаются у природных материалов. Это, прежде всего, новые материалы, которые открывают возможность создания нейроморфных систем и компьютеров. Это новые электромагнитные метаматериалы, фотонные кристаллы, топологические фотонные кристаллы, которые открывают возможности беспрецедентного управления электромагнитным излучением в диапазоне от СВЧ до оптики и ультрафиолета. Возможные практические применения данных материалов – огромные - от оболочек невидимости до всевозможных сенсоров и датчиков, транзисторов и элементов памяти, оптоэлектронных приборов, источников терагерцового излучения, приборов телекоммуникаций и т.п. Следует отметить, что в настоящее время формированию и исследованию метаматериалов, фотонных кристаллов, топологических фотонных кристаллов как для терагерцового, так и для оптического диапазона, уделяется огромное внимание. Особый интерес представляют данные материалы сформированные с помощью методов 3D печати. У нас в стране по этой теме очень и очень мало работ. Помимо искусственных материалов в последние годы в мире огромное количество работ направлено на исследование и практические применения таких материалов как графен и его производные, а также двуокись ванадия, которая испытывает фазовый переход полупроводник-металл. Двуокись ванадия является перспективным нейроморфным электроным материалом (перспективным материалом для формирования мозгоподобных компьютерных систем) . На основе данного материала начаты разработки нейроморфных компьютерных архитектур. Двадцать лет назад мы опубликовали первые результаты формирования монослойных полупроводников. В 2004 году Новоселовым и Геймом была опубликована работа по формированию и исследованию свойств графена. В настоящее время формирование и исследование 2D материалов - огромная актуальнейшая и перспективная для многих применений область. Одним из актуальных направлений исследований в этой области является создание гетероструктур на основе 2D материалов и графена. Целью данного направления является формирование и исследование структур и приборов с новыми свойствами, так и управляемая коррекция свойств функциональных слоев, использованных в гетероструктурах. Так, например, за счет добавления графена можно значительно улучшить механические свойства слоев дихалькогенидов переходных металлов (например, MoS2). За счет взаимного влияния (эффекта «близости») в гетероструктурах 3D топологических изоляторов (Bi2Se3 и другие соединения висмута) на графене можно увеличить подвижность носителей заряда в выращенных слоях и наблюдать ряд эффектов, перспективных для использования. Создание и исследование гетероструктур из монослоев графена и других 2D материалов, полученных разными способами (рост, перенос, 2D печать) позволит создавать новые гетероструктуры с новыми функциональными свойствами и расширять возможности использования гетероструктур для приложений, например ,для гибкой, носимой, растягиваемой, прозрачной электроники. Целью проекта является исследование физических свойств новых 2D и 3D наноструктур и материалов для практических применений. Будут исследованы материалы и структуры, созданные как с помощью разработанных нами ранее технологий, так и новых технологий. Основное внимание будет уделено материалам, гетероструктурам, гибридным структурам перспективным для формирования нейроморфных систем, наноэлектроники и нанофотоники, а также для гибкой электроники.