Фундаментальные исследования перспективных низкоразмерных и пространственных структур на основе полупроводников и диэлектриков, фазовых переходов в соединениях с выраженными электронными корреляциями, развитие методов оптической спектроскопии и сканирующей зондовой микроскопии

Цели научного исследования: А) Экспериментальные и теоретические исследования оптических явлений, возникающих при взаимодействии света с пространственно-структурированными системами разной размерности, изготовленными из полупроводниковых и диэлектрических материалов, в том числе: - исследование резонансных свойств диэлектрических фотонных структур, включая резонансы Фано и связанные состояния в континууме; - разработка методов структурной и оптической характеризации фотонных кристаллов. Б) Разработка научных основ методов формирования гетероструктур с наноразмерными эпитаксиальными слоями гексаферритов для применений в спинтронике и СВЧ-технике. Развитие спектроскопических методов характеризации примесных ионов в керамиках алюмофторидов различной структуры (веберите, криолитионите, симмонсите). В) Поиск новых оптических явлений и закономерностей в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами, квантовыми нитями и квантовыми точками. Изучение электронной структуры и динамических свойств наногетероструктур AlGaN, созданных на основе короткопериодных сверхрешеток (GaN)n/(AlN)m. Определение фундаментальных механизмов переноса энергии и заряда в полупроводниковых структурах пониженной размерности. Г) Создание структур с массивами нанокластеров благородных металлов (Ag, Au, Pt) на поверхностях полупроводников A3B5 и Si и исследование в них локализованных плазмонов. Д) Создание и исследование методами сканирующей зондовой микроскопии электронных и светоизлучающих наноструктур на основе перспективных полупроводниковых материалов. Исследование фотофизических свойств и особенностей излучающих состояний нанокристаллов (наноточек) графита и дихалькогенидов переходных металлов со слоистой структурой. Е) Развитие методов изучения фазовых превращений, фононных и нелинейных оптических свойств оксидов и галогенидов тяжелых и переходных металлов. Ж) Исследование явлений, обеспечивающих возможность управления кинетикой комплексных фазовых превращений в гибридных сильнокоррелированных системах. Актуальность всех предлагаемых задач обусловлена быстрым развитием оптоэлектроники и ее применением в информатике. А) В связи с непрерывно возрастающими потоками информации постепенная замена электронных компонент в устройствах передачи и обработки информации на фотонные является одной из приоритетных физических проблем. Для решения этой проблемы диэлектрические резонансные структуры с малыми потерями призваны сыграть важную роль. Весьма актуальными также являются исследования оптических свойств фотонных кристаллов и гетероструктур на их основе в зависимости от их топологии, химического состава, внедренных дефектов и степени структурного разупорядочения. Б) Возрастающие потоки передаваемой информации обуславливают также необходимость применения новых материалов для миллиметрового диапазона длин волн. Широкополосная люминесценция ионов переходных металлов важна с точки зрения целого ряда приложений, например, перестраиваемых твердотельных лазеров, лазерного охлаждения, а также охлаждения с использованием антистоксового излучения. В) Актуальность обусловлена возможностью модификации свойств низкоразмерных объектов путем пространственного ограничения их структуры в системах пониженной размерности. Определение электронной структуры и динамических свойств наногетероструктур AlGaN необходимо для разработки научно-обоснованных рекомендаций по оптимизации технологии их роста, что должно способствовать созданию нового инновационного продукта в виде прототипов высокоэффективных фотонных приборов, работающих в среднем УФ и ИК-ТГц диапазонах. Г) Очевидной перспективой использования структур наноплазмоники нового типа в приборах нанофотоники, фотовольтаики, сенсорики и т.п. Д) Интерес к исследованиям электронных и оптических свойств наноструктур на основе ван-дер-Ваальсовых слоистых материалов, в том числе дихалькогенидов переходных металлов, перовскитов, а также полупроводниковых соединений A3B5, особенно возрос в последнее десятилетие в связи с полученными данными об уникальных физических свойствах монослоев этих кристаллов, открывающих, как и в случае графена, широкие возможности для практических применений. Е) Предлагаемые подходы направлены на предсказание и изучение структур с высокими нелинейными оптическими свойствами, а также нового поколения катодов, в которых атомы лития замещаются более тяжелыми металлами. Ж) Актуальность предлагаемых задач определяется неразработанностью принципов прогнозирования сверхбыстрого диэлектрического отклика гибридных твердотельно-биофизических наносистем, отсутствием модели механизмов управления кинетикой электрохимических реакций передачи информации в нейронных сетях.