Углеродная фотоника

Целью работы является синтез, исследование оптических свойств алмаза, особенно полученного методом газофазного осаждения (CVD), одностенных углеродных нанотрубок и графена, разработка лазерных и иных методов их модификации и обработки, изготовление микро и наноструктур на их основе, использование таких материалов и структур для создания новых элементов фотоники. Актуальность работы определяется новизной и целой совокупностью уникальных характеристик этих материалов, получаемых методом газофазного синтеза, которые часто называют как "новые углеродные" и промышленное производство и применение которых еще только разворачиваются. Все вместе или по отдельности они обладают рекордной теплопроводностью, радиационной стойкостью, микротвердостью, прочностью на разрыв, и в то же время демонстрируют прозрачность в широком спектральном диапазоне, замечательные нелинейные оптические свойства. Отсюда и их высокий потенциал для создания новых элементов фотоники, лазерной и рентгеновской техники. Например, окон и элементов дифракционной оптики для высокоинтенсивного оптического и рентгеновского излучения, различных детекторов, модуляторов света, однофотонных эмиттеров для квантовой оптики. В проекте исследования проводятся по трем взаимосвязанным направлениям. Во-первых, это газофазный синтез моно, поли и нанокристаллических алмазных пленок и пластин, одностенных углеродных нанотрубок и графена с использованием разработанных плазмохимических реакторов на основе СВЧ и электродугового разрядов, а также термического реактора. Помимо обеспечения экспериментов материалами будут решаться и такие научные задачи как разработка методов высокоскоростного синтеза монокристаллических слоев алмаза оптического качества, в том числе ультрачистых слоев и объемных кристаллов, разработка методов контролируемого легирования кремнием для создания центров окраски Si-вакансия в CVD алмазе, в том числе сверхтонких (100 нм) сплошных нанокристаллических пленок, получение ультрагладких, неразрывных графеновых слоев. Во-вторых, разрабатываются основы лазерных и зондовых методов создания алмазных и графеновых поверхностных микро и наноструктур, как наиболее перспективных для производства углеродной фотоники. Будут продолжены исследования нескольких механизмов лазерного воздействия: модификация структуры алмаза (графитизация, создание или отжиг центров окраски через его неравновесную фотоионизацию); наноабляция алмаза и графена, позволяющая удалять сверхтонкие слои (от 10^-4 нм/импульс) при сочетании термохимического и фотолитического воздействия интенсивными короткими лазерными импульсами. Зондовая нанолитография будет основана на "мягком" повторяющемся механическом воздействии кантиливера, в том числе с одновременным электрохимическим воздействием при приложении электрических импульсов между проводящей иглой и проводящей подложкой (легированный алмаз и графен). Дополнительно будет изучаться также комбинированное воздействие нанозонда и сфокусированного лазерного луча. В-третьих, будет проводиться разработка физических основ, методов изготовления, исследование структуры и свойств новых и совершенствование известных элементов фотоники на основе новых углеродных материалов.