Спиновые и кулоновские эффекты в оптической спектроскопии полупроводниковых наносистем

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-12-00051

НазваниеСпиновые и кулоновские эффекты в оптической спектроскопии полупроводниковых наносистем

Руководитель Глазов Михаил Михайлович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-202 - Полупроводники

Ключевые слова Полупроводники, наноструктуры, оптическая спектроскопия, спиновые явления, кулоновское взаимодействие, спин-орбитальное взаимодействие, сверхтонкое взаимодействие

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект нацелен на теоретические исследования оптических явлений в полупроводниковых наносистемах, обусловленных наличием спиновых и долинных степеней свободы носителей заряда и кулоновских комплексов: экситонов и трионов, а также развитие методов теоретического описания таких систем, поиск и изучение новых явлений, связанных со спиновыми степенями свободы и кулоновским взаимодействием. Наличие у электронов и дырок внутренних степеней свободы, обусловленных магнитным моментом – спином, а также присутствием эквивалентных долин в зоне Бриллюэна многодолинных полупроводников, открыло широкие перспективы исследования квантовых и релятивистских эффектов в полупроводниках. Уменьшение размерности системы приводит благодаря размерному квантованию носителей заряда, с одной стороны, к эффективному понижению симметрии структуры и возможности наблюдения новых явлений, запрещенных в объемных материалах, а с другой – к резкому усилению роли кулоновского и спин-орбитального взаимодействий. Они во многих важных случаях, в частности, для одиночных центров окраски в кристаллах, примесных центров – доноров и акцепторов, монослойных дихалькогенидов переходных металлов, становятся доминирующими и определяют энергетический спектр и состояния системы. Размерное квантование также значительно усиливает сверхтонкое взаимодействие спинов электронов и ядер в полупроводниках. Узкие оптические резонансы низкоразмерных систем позволяют селективно возбуждать электрон-дырочные комплексы (нейтральные и заряженные экситоны) и передавать импульс и угловой момент фотона спиновым и долинным степеням свободы носителей заряда и их комплексам, ядрам основной решетки или примесных центров, а также управлять спиновыми и долинными степенями свободы немагнитными методами, что определяет, наряду с фундаментальным физическим интересом к таким системам, их значительный потенциал и для решения прикладных задач хранения и обработки информации. В ходе выполнения проекта будут проводиться исследования по следующим направлениям: - Развитие теории спиновой дефазировки и релаксации и теории спиновых флуктуаций локализованных носителей заряда в системах, где электрон или дырка взаимодействует с малым – от единиц до десятков – числом спинов ядер основной решетки. - Разработка моделей спиновой динамики, электронного парамагнитного резонанса и оптических свойств центров окраски в полупроводниках, в особенности центров со спином 3/2, связанных с вакансиями Si в SiC. - Построение теории электронных спиновых флуктуаций и корреляций в пространстве и во времени в квазиодномерных системах локализованных электронов с учетом обменного взаимодействия между носителями заряда, пространственного и энергетического беспорядка и сверхтонкого взаимодействия. - Разработка теории поляризационно-зависимого нелинейного оптического отклика, в частности, линейно-циркулярного дихроизма многофотонного поглощения и ориентации спиновых и (или) долинных степеней свободы в полупроводниках и полупроводниковых наносистемах в условиях сильного кулоновского взаимодействия. - Построение модели переноса экситонов в монослоях дихалькогенидов переходных металлов в условиях сильного экситон-фононного взаимодействия. Будет развита теория эффекта увлечения экситонов фононами (фононного ветра) при некогерентной генерации фононов в процессе релаксации фотовозбужденных экситонов, а также проанализирован транспорт экситонов в поле когерентной акустической волны. - Развитие теории резонансного оптомеханического отклика двумерных кристаллов на основе дихалькогенидов переходных металлов, обусловленного взаимодействием экситона с акустическими фононами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Глазов М.М. Phonon wind and drag of excitons in monolayer semiconductors Physical Review B, 100, 045426 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.045426

2. Манцевич В.Н., Смирнов Д.С. Universal power law decay of spin polarization in double quantum dot Physical Review B, 100, 075409 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.075409

3. Нестоклон М.О., Авдеев И.Д., Белолипецкий А.В., Сычугов И., Певере Ф., Линнрос Я., Яссиевич И.Н. Tight-binding calculations of optical properties of Si nanocrystals in SiO2 matrix Faraday Discussions (год публикации - 2019)
10.1039/C9FD00090A

4. Ху Ж., Ким Й., Кришнамурти С., Авдеев И.Д., Нестоклон М.О., Синх А., Малко А.В., Гупалов С.В., Холлингсворт Дж. А., Хтун Х. Intrinsic Exciton Photophysics of PbS Quantum Dots Revealed by Low-Temperature Single Nanocrystal Spectroscopy Nano Letters (год публикации - 2019)
10.1021/acs.nanolett.9b02937

Публикации

1. Пошакинский А.В., Тарасенко С.А. Spin noise at electron paramagnetic resonance Physical Review B, Vol 101, pages 075403(1-8) (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.101.075403

2. Глазов М.М. Optical properties of charged excitons in two-dimensional semiconductors The journal of chemical physics, 153, 034703 (год публикации - 2020)
10.1063/5.0012475

3. Ципфель И., Кулиг М., Переа-Кузин Р., Брем С., Циглер И.Д., Розати Р., Танигучи Т., Ватанаби К., Глазов М.М., Малич Э., Черников А. Exciton diffusion in monolayer semiconductors with suppressed disorder Physical Review B, 101, 115430 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.101.115430

4. Семина М.А., Глазов М.М., Шерман Е. Interlayer Exciton–Polaron in Atomically Thin Semiconductors Annalen der Physik, 2000339 (год публикации - 2020)
10.1002/andp.202000339

5. Глазов М.М., Ивченко Е.Л. Долинная ориентация электронов и экситонов в атомарно-тонких дихалькогенидах переходных металлов Письма в ЖЭТФ (год публикации - 2021)

6. Праздничных А.И., Глазов М.М., Рен Л., Робер С., Урбажек Б., Марие Кс. Control of the exciton valley dynamics in van der Waals heterostructures arXiv preprint:2010.01352, arXiv:2010.01352 (год публикации - 2020)

7. Авдеев И.Д., Поддубный А.Н., Пошакинский А.В. Resonant Optomechanical Tension and Crumpling of 2D Crystals ACS Photonics, 7, 9, 2547–2554 (год публикации - 2020)
10.1021/acsphotonics.0c00881

8. Нестоклон М.О., Авдеев И.Д., Гупалов С. Theory of excitonic states in lead salt quantum dots Proceedings of SPIE, 11288 (год публикации - 2020)
10.1117/12.2542847

Публикации

1. Вагнер К., Ципфель Й., Розати Р., Виетек Э., Циглер Й.Д., Брем С., Переа-Каузин Р., Танигучи Т., Ватанабе К., Глазов М.М., Малич Э., Черников А. Nonclassical Exciton Diffusion in Monolayer WSe2 Physical Review Letters, 127, 076801 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.127.076801

2. Поддубный А.Н., Голуб Л.Е. Ratchet effect in frequency-modulated waveguide-coupled emitter arrays Physical Review B, 104, 205309 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.104.205309

3. Ким Ю., Ху Ж., Авдеев И.Д., Сингх Аж., Сингх Ам., Чандрасекаран В., Нестоклон М.О., Гупалов С.В., Холлингсвогт Дж., Хтун Х. Interplay of Bright Triplet and Dark Excitons Revealed by Magneto-Photoluminescence of Individual PbS/CdS Quantum Dots Small, 17, 2006977 (год публикации - 2021)
10.1002/smll.202006977

4. Шумилин А.В., Смирнов Д.С. Nuclear Spin Dynamics, Noise, Squeezing, and Entanglement in Box Model Physical Review Letters, 126, 216804 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.126.216804

5. Кирштейн Э., Жуков Е.А., Смирнов Д.С., Неделеа В., Греве Ф., Калитухо И.В., Сапега В.Ф., Паулис А., Яковлев Д.Р., Байер М., Грейлих А. Extended spin coherence of the zinc-vacancy centers in ZnSe with fast optical access Communications materials, 2, 91 (год публикации - 2021)
10.1038/s43246-021-00198-z

6. Леппенен Н.В., Голуб Л.Е., Ивченко Е.Л. Sommerfeld enhancement factor in two-dimensional Dirac materials Physical Review B, 103, 235311 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.103.235311