Функциональные оптоэлектронные кристаллические материалы и волновые процессы в микро-наноразмерных структурах

Данный проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы поиска и исследования новых кристаллических материалов с аномальными механическими, оптическими и электронными свойствами. Особое внимание будет уделено таким эффектам, как отрицательное термическое расширение, оптическая нелинейность второго порядка, высокое двулучепреломление и специфическая зонная структура. С этой точки зрения, химические классы боратов, сульфатов, молибдатов и фосфатов представляются наиболее перспективными благодаря таким общим свойствам, как широкое структурное разнообразие, наличие жестких структурных блоков, высокая химическая стабильность по отношению к факторам окружающей среды, технологически удобные условия синтеза и роста кристаллов. Гибридные перовскиты – новый класс полупроводников с общей формулой ABX3, где A = CH3NH3(метил аммоний); B = Pb (свинец), Sn (олово); и X = Cl(хлор), Br(бром), I(йод). На основе данного класса материалов за последние пять лет наблюдается значительный прогресс в области создания тонкопленочных солнечных элементов, светоизлучающих диодов, датчиков гамма - и рентгеновского излучения. Это обусловлено доступностью исходных материалов и простотой синтеза без использования энергоемких и вакуумных технологий. Низкие температуры синтеза позволяют применение стеклянных и гибких пластиковых подложек, а также методов струйной печати. Также неоспоримым преимуществом является возможность изменения ширины запрещенной зоны в диапазоне 1.5 – 2.5 эВ. Актуальными являются исследования таких свойств материалов, как структура запрещенной зоны, природа аномально высокого коэффициента оптического поглощения, сравнимого с величиной, характерной для многокомпонентных полупроводников, величина энергии связи экситона. Нестехиометричные оксиды переходных металлов – циркония, гафния и тантала могут стать запоминающей средой для создания принципиально новых энергонезависимых элементов памяти вычислительных машин. Этот новый тип памяти называется резистивным (ReRAM - Resistive Random Access Memory) и превосходит по своим параметрам все существующие в настоящее время элементы энергонезависимой памяти. В области нестехиометрических оксидов переходных металлов интенсивно исследуется роль вакансий кислорода в механизмах транспорта электрических зарядов и его влияния на оптические свойства. В настоящее время механизм обратимого переключения проводимости в нестехиометрических оксидах из высокоомного в низкоомное состояние слабо изучен и работы в этом направлении являются актуальными. Технологии нанофотоники и интегральной оптики являются базовыми для множества фотонных элементов, применяемых для создания сенсоров, фотонных компонентов для радиофотоники и средств телекоммуникации. Важным классом таких элементов являются периодические фотонные структуры, позволяющие значительно расширить возможности классических оптических элементов, привнося в них новое качество, связанное с периодичность. Поэтому изучение перспективных периодических фотонных структур является актуальной научной задачей. На данном этапе исследования будут сконцентрированы на численном моделировании периодических фотонных структур для оптических сенсоров, а также изучении оптических свойств сверхрешеток для элементов радиофотоники.