Лазерные нанофотонные структуры на основе многослойных дихалькогенидов переходных металлов с оптической и электрической накачкой

Проект посвящен решению проблемы установления основных закономерностей генерации лазерного излучения в дисковых микрорезонаторах на основе многослойных дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) при оптической и электрической накачке для перспективной элементной базы фотоники, опто- и наноэлектроники. Многослойные дихалькогениды переходных металлов (ДПМ) обладают рекордными показателями преломления света в оптическом и ближнем ИК-диапазонах, что позволяет создавать оптические нанофотонные резонаторы рекордно малых размеров [1] по сравнению с другими полупроводниковыми материалами. Наличие интенсивной прямозонной и непрямозонной фотолюминесценции [1, 2] и возможность создания вертикальных гетероструктур с заданным составом и толщиной слоев, варьируемой с точностью до монослоя, предоставляют уникальную возможность управляемого контроля длины волны лазерного излучения без применения сложной и дорогостоящей эпитаксиальной технологии. Широкие возможности по управлению составом и морфологией многослойных структур на основе ДПМ в сочетании с относительной простотой развиваемой в проекте зондовой литографии для создания микродисков, обладающих люминесценцией в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, обуславливают актуальность исследований. На момент написания заявки известна только одна публикация, в которой продемонстрирована генерация лазерного излучения при оптической накачке многослойных микродисков WS2 [1]. Вместе с тем, на сегодняшний день не продемонстрирована лазерная генерация структурами на основе многослойных ДПМ с электрической накачкой. Важно отметить, что особенности фотолюминесценции и электролюминесценции в многослойных гетероструктурах на основе ДПМ практически не изучены, что обуславливает новизну предлагаемого проекта. В проекте предполагается развитие методов контактной зондовой литографии для создания нанофотонных лазерных структур из многослойных гетероструктур на основе ДПМ. Предполагается создание лазеров с оптической и электрической накачкой для видимого и ближнего ИК-диапазонов. Для этого будут выявлены и исследованы резонансные оптические эффекты в оптических резонаторах из многослойных ван-дер-Ваальсовых гомо- и гетероструктур, обусловленные особенностями зонной структуры многослойных и монослойных дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ), а также большой энергией связи экситона. Для снижения порога лазерной генерации будут сформированы высокодобротные микродисковые резонаторы рекордно малой толщины <100 нм. Для эффективного ввода и вывода оптического излучения будет использоваться металлизированный зонд атомно-силового микроскопа, выступающий в качестве плазмонной наноантенны [3]. Методами оптической спектроскопии и наноскопии впервые будут определены параметры генерации лазерного излучения в микродисковых ДПМ гетероструктрах и разработаны принципы, позволяющие предсказывать параметры лазерных структур на основе многослойных ДПМ. Впервые будут созданы лазерные структуры c p-n и гетеропереходами на основе ДПМ с электрической накачкой и исследованы особенности оптоэлектронных явлений в многослойных ДПМ. Проект предполагает получение фундаментальных и практических результатов мирового уровня, а именно выявление особенностей резонансных оптических и оптоэлектронных процессов в оптических резонаторах на основе ДПМ и создание лазерных структур с оптической и электрической накачкой на основе многослойных ДПМ.