Теория когерентных спиновых, оптических и электрических явлений в наноструктурах

Современная физика полупроводников — это, прежде всего, физика низкоразмерных систем. В полупроводниковых наноструктурах благодаря экситонным резонансам взаимодействие света с колебаниями решётки может быть значительно усилено. Практическое использование этого эффекта требует решения фундаментальных теоретических задач. Новые двумерные системы на основе углерода, фосфора, дихалькогенидов переходных металлов и других соединений являются перспективными для прикладных применений и требуют разработки новых теоретических подходов для их описания. Нелинейные оптические эффекты дают возможность многостороннего исследования физических свойств твердотельных систем с дираковским спектром носителей. Атомарно-тонкие полупроводники – монослои и бислои дихалькогенидов переходных металлов, халькогениды индия, галлия и др., – обладают нетривиальными физическими свойствами и широкими перспективами применений благодаря сильному кулоновскому взаимодействию носителей заряда, электрон- и экситон-фононному взаимодействию, спин-орбитальной связи, многодолинному характеру энергетического спектра и наличию “муара” в бислойных структурах, что приводит к новым физическим явлениям, требующим теоретического анализа. Особенности материалов с многодолинным спектром известны уже очень давно. Теоретическое описание проявлений многодолинности, как правило, ограничивалось kp-теорией возмущений, в которой сложно учесть эффекты взаимодействия различных долин за счёт размерного квантования. Традиционные материалы оптоэлектроники являются прямозонными и однодолинными. Однако, недавно появился интерес к перспективным прямозонным, но при этом, многодолинным материалам. Использование спиновой степени свободы электронов для хранения и обработки информации является основой нового бурно развивающегося направления физики твердого тела - спинтроники. Развитие спинтроники также в основном концентрировалось на прямозонных однодолинных материалах. Исследование многодолинных материалов для этой цели только начинается. Технологические успехи в создании новых материалов и устройств спинтроники требуют развития квантовой теории новых спиновых явлений. В двумерных материалах с высокой подвижностью (графен, GaAs квантовые ямы) недавно было экспериментально открыто формирование вязкой жидкости из двумерных электронов. Электрический транспорт в такой системе кардинально отличается от обычного омического транспорта: возникает неоднородное распределение плотности тока по образцу; важен тип краёв образца (степень их гладкости); возможно формирование водоворотов и других сложных течений; возникают нетривиальные резонансные эффекты при высокочастотном излучении, поэтому изучение таких систем представляется интересными как с фундаментальной, так и с прикладной сторон. Важной и одной из наиболее перспективных тематик в современной физике полупроводников является развитие направлений, связанных с квантовыми технологиями, что отражается в лавинообразном росте количества научных публикаций, посвященных созданию и исследованию когерентных и запутанных состояний, квантовым измерениям. Актуальные задачи в этой области, в частности, связанные с изучением влияния измерений на спиновую динамику электронов и экситонов, также будут исследоваться в рамках проекта.