Коллоидные квантовые точки — исследования и возможные применения

В настоящее время на кафедре физики полупроводников и криоэлектроники ведется активная работа по ряду современных актуальных научных направлений в области экспериментального и теоретического исследования оптических и электронных свойств полупроводниковых наноструктур различной размерности. Одной из ведущих лабораторий кафедры является лаборатория «Полупроводниковой оптоэлектроники», созданная при кафедре физики полупроводников в 1990 году в соответствии с приказом декана физического факультета А.П. Сухорукова № 12 осн от 24 января 1990 года. С момента основания лаборатории ее бессменным руководителем является профессор доктор физико-математических наук В.С. Днепровский, известный своими передовыми научными работами в области нелинейной оптики полупроводников и полупроводниковых структур пониженной размерности. С 1990 года в лаборатории был защищен целый ряддокторских и кандидатских диссертаций. В настоящее время в лаборатории ведутся как экспериментальные, так и теоретические научные исследования. Сотрудниками лаборатории были разработаны взаимодополняющие теоретические и экспериментальные подходы к исследованию оптических, нелинейно-оптических и электронных свойств систем полупроводниковых квантовых точек, а также структур, формируемых на их основе в результате взаимодействия с ультракороткими лазерными импульсами. Разработаны новые методики лазерной спектроскопии, позволяющие детально изучать физические механизмы, ответственные за нелинейно-оптические свойства низкоразмерных полупроводниковых структур. Проводятся исследования оптических и нелинейно-оптических свойств экситонов в нульмерных, одномерных и квазидвумерных коллоидных нанокристаллах. Исследуются свойства стационарного и нестационарного электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах. Методом лазерной спектроскопии были выявлены физические основы нелинейно-оптических процессов, ответственных за явления самодифракции и самовоздействия в коллоидных растворах квантовых точек, являющиеся основой для создания динамических элементов современной оптоэлектроники. Также были разработаны методы теоретического описания особенностей оптического отклика ансамблей квантовых точек на внешнее воздействие со стороны лазерного излучения и особенностей динамики квантовых точек под действием сил, обусловленных взаимодействием квантовой точки с полем электромагнитной волны, что позволило выявить целый ряд новых эффектов и явлений, таких как: неконсервативная природа сил, действующих на резонансную квантовую точку, формирование потоков коллоидных квантовых точек и появление динамических фотонных кристаллов, обусловленных изменением концентрации коллоидных квантовых точек по пространству кюветы в следствии различного отклика точек разного размера на внешнее воздействие. Обнаруженные эффекты могут быть применены для получения полупроводниковых наноструктур с заданными оптическими и электронными свойствами и создания на их основе новых типов приборов нано- и оптоэлектроники: сверхбыстрых зарядовых переключателей, устройств динамической памяти, микросенсеров и излучателей, а также эффективных мембран и биомаркеров.Среди наиболее интересных результатов, полученных в лаборатории за последние годы, можно выделить следующие:

● Экспериментально продемонстрирована возможность формирования динамических фотонных кристаллов различной размерности в коллоидном растворе квантовых точек.

● Исследованы оптические свойства нанокристаллов, легированных примесными атомами меди. Продемонстрировано насыщение поглощения основного экситонного перехода, наведенное поглощение вышележащего перехода. Кроме этого, установлена зависимость излучательных характеристик нанокристаллов от концентрации меди в них, с учетомзахвата дырок на акцепторные уровни.

● Исследован нелинейно-оптический отклик коллоидных нанопластинок селенида кадмия в окрестности резонансов экситонных переходов, связанными с тяжелыми, легкими и спин-орбитально отщепленными дырочными подзонами.

● Разработан теоретический подход для анализа стационарного и нестационарного электронного транспорта в системах коррелированных квантовых точек.

Полученные результаты опубликованы в ведущих международных научных журналахи представлены на ведущих российских и международных конференциях по физике полупроводников и наноструктур. В том числе был сделан ряд приглашенных докладов, а также прочитаны лекции для молодых ученых в рамках участия сотрудников лаборатории в научных школах.

Выпускники лаборатории работают в ведущих международных (США, Германия, Китай, Индия, Вьетнам) и российских (ИРЭ РАН, ФГУП ВНИИОФИ, Сколтех) университетах и научных центрах.

В.Н. Манцевич, А.М. Смирнов

Назад