Аннотация результатов, полученных в 2020 году
-- Построена теория, описывающая влияние поверхностных акустических волн на фотолюминесценцию дефектов со спином 3/2 в карбиде кремния. Путем изменения внешнего магнитного поля можно добиться совпадения расстояния между парой спиновых уровней с частотой акустической волны. При этом акустическая волна индуцирует спиновые переходы, которые приводят к изменению интенсивности фотолюминесценции. Установлено, что поверхностная акустическая волна может индуцировать переходы с изменением проекции спина на 1 или 2. Проанализирована зависимость интенсивности спиновых переходов от угла между магнитным полем и направлением распространения поверхностной акустической волны. Показано, что путем выбора определенного направления магнитного поля можно избирательно возбуждать переходы с изменением проекции спина или на 1, или на 2. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.107702 -- Построена теория краевых топологических состояний поляритонов, индуцированных поверхностной акустической волной в одномерной сверхрешетке в планарном оптическом микрорезонаторе. Рассчитана дисперсия блоховских поляритонных мод в сверхрешетке в присутствии поверхностной акустической волны, период которой в три раза больше периода сверхрешетки. Установлено наличие минизон, характеризующихся отличными от нуля числами Черна. Рассчитаны энергии и волновые функции возникающих краевых поляритонных состояний. Описана адиабатическая эволюция состояний при движении поверхностной акустической волны. -- Построена теория взаимодействия состояний валентной зоны GaAs с поверхностными акустическими волнами в условиях приложенного магнитного поля. Рассчитаны матричные элементы при переходах между состояниями валентной зоны с испусканием и поглощения фононов и проанализирована асимметрия процессов испускания и поглощения, связанная с эллиптичностью поляризации поверхностной волны. Установлено, что для максимальной асимметрии оптимально распространение поверхностной волны в направлении [001], а для переходов с изменением проекции момента на 1 (-3/2->-1/2) оптимально распространение под углом около 20 градусов к кристаллическому направлению [001]. -- Построена теория гибридных волн деформации, распространяющихся в резонансной среде с квантовыми ямами. Показано, что при оптической накачке с частотой ниже экситонного резонанса в системе возможно образование бегущих волн переключения, когда амплитуда деформации зависит от координаты скачкообразно, что можно рассматривать как оптомеханическую доменную стенку. Рассчитан профиль таких доменных стенок, произведена линеаризация полученной системы уравнений и продемонстрирована их устойчивость доменных стенок в широком диапазоне интенсивности и частоты накачки. --- Построена теория рассеяния света на резонансном слое, колеблющемся в пространстве и рассчитаны спектры рассеяния света вперед и назад в зависимости от частоты и амплитуды колебаний. Проанализирован кроссовер между допплеровским и рамановским режима рассеяния, происходящий при увеличении скорости колебаний слоя. Полученные результаты применимы для экситонных поляритонов в микрорезонаторе с полупроводниковой квантовой ямой, резонансная частота экситона в которой модулируется акустическим импульсом деформации. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.043523 -- Произведено экспериментальное исследование фотоупругих свойств тонких пленок полупроводника на основе данных экспериментов по пикосекундной акустике. Предложен последовательный подход, основанный на моделировании процессов распространения импульсов деформации в структурах и динамического фотоупругого отклика, который позволяет определить, (i) какой из эффектов, фотоупругости или изменения толщины, дают доминирующий вклад в детектируемый отклик, (ii) определить величину фотоупругого параметра тонких пленок, (iii) оценить степень влияния гранулированной структуры на фотоупругий отклик. Надежность сделанных выводов была подтверждена путем сравнения результатов моделирования с результатами реального эксперимента пикосекундной акустики, выполненного при участии членов коллектива, с различными тонкими пленками VO2 на подложках сапфира. Результаты работы вошли в статью в журнале Physical Review Materials (принята к публикации, в печати). --Построена теория комбинационного рассеяния света в квантовых точках CdSe и в квантовых ямах CdTe/CdMgTe. Показано, что экспериментальная методика комбинационного рассеяния с переворотом спина (Spin-Flip Raman Scattering) с участием акустического фонона в квазисферических квантовых точках CdSe позволяет измерять размерную зависимость g-фактора Ланде для основного оптически-активного состояния экситона на ансамбле квантовых точек. Для квантовых ям рассчитаны матричные элементы резонансного комбинационного рассеяния света на акустическом и оптическом фононах (двухфононный процесс). Теоретические исследования позволили объяснить экспериментальные результаты, полученные в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, университете ИТМО (Санкт-Петербург) и университете Дортмунда.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1) Построена теория взаимодействия экситонных поляритонов в микрорезонаторе с акустическими фононами, распространяющимися в плоскости резонатора в условиях сильной лазерной накачки. Рассмотрен частный случай, когда осуществляется накачка бесселевым пучком, несущим угловой момент. Продемонстрировано, что благодаря передаче углового момента от бесселева пучка акустическим фононам, микрорезонатор может выступать в роли акустического циркулятора. Эффект циркулятора заключается в направленном рассеянии падающих фононов по или против часовой стрелки. Благодаря эффектам оптомеханического разогрева или охлаждения, микрорезонатор может выступать в роли циркулярного акустического лазера, излучающего звук с определенным угловым моментом. Выполненный расчет демонстрирует потенциал полупроводниковых микрорезонаторов для создания компактных оптомеханических устройств интегральной нанооптики [Phys. Rev. B 104, 085303 (2021)]. 2) Построена теория эффектов оптомеханического затухания и усиления для колебаний, взаимодействующих с двумя локализованными модами экситонных поляритонов в микрорезонаторе. Показано, что спектры сильно зависят от соотношения двух констант взаимодействия экситонных поляритонов с фононами. Интерференция между вкладами, обусловленными этими двумя константами, позволяет реализовать ситуацию, когда оптомеханическое усиление существует либо только для нижнего поляритонного резонанса, либо только для верхнего поляритонного резонанса. Полученные результаты применимы к разнообразным оптомеханическим системам, где несколько резонансных осцилляторов, таких как фотоны, плазмоны и экситоны, взаимодействуют с одной и той же модой колебаний [Phys. Rev. B 104, 075447 (2021)]. 3) Развита теория резонансного магнитооптического эффекта Керра при наличии поверхностной акустической волны. Было показано, что для реалистичных значений магнитного поля в 0.5T и амплитуды деформации в 10^{-4} угол поворота плоскости поляризации света при отражении в спектральной области экситонного резонанса составляет величины порядка одного градуса. Угол поворота существенно зависит от относительного направления вектора внешнего магнитного поля, лежащего в плоскости образца, и волнового вектора поверхностной волны. Величина эффекта может быть дополнительно усилена в случае помещения наноструктуры c экситонным резонансом в планарный брэгговский микрорезонатор. 4) Развита теория, описывающая динамику поляритонов в латеральных ловушках в квантовом микрорезонаторе, взаимодействующих с акустической волной. Экспериментально изучено влияние поверхностной акустической волны на спектр фотолюминесценции поляритонов и определена константа акусто-поляритонного взаимодействия. Установлено, что помимо энергий поляритонных мод акустическая волна также оказывает влияние на их радиационное время жизни. Разработан дизайн структуры, в которой периодический латеральный потенциал для поляритонов, созданный на этапе роста, имеет период, отличающийся в два раз от периода поверхностной акустической волны. Установлено, что в такой структуре возможна реализация краевых топологических мод, аналогичных краевым состояниям в модели Су-Шрифера-Хигера (Su-Schrieffer–Heeger). 5) Предложена идея и построена феноменологическая теория ТГц аналога поперечного пьезомагнитного эффекта, заключающегося в возникновении ненулевого магнитного момента в антиферромагнетике, индуцированного сдвиговыми искажениями локального окружения магнитных ионов, связанных с оптическим фононом. Показано теоретически и найдено экспериментальное подтверждение того, что в модельном пьезомагнитном материале CoF2 лазерно-индуцированная когерентная фононная мода симметрии Eg индуцирует осциллирующий на ее частоте, 7.5 ТГц, магнитный момент, ортогональный равновесному вектору антиферромагнетизма. Таким образом, показано, что на частотах оптических фононов, лежащих в ТГц области, можно обнаружить аналоги эффектов, наблюдаемых для акустических фононов в МГц и ГГц области [arXiv:2101.05622]. Также продолжались исследования в области механизмов комбинационного рассеяния света в квантовых точках CdSe и структурах с квантовой ямой CdTe/CdMgTе, завершение которых намечено на 2022 год. Была принята в печать в журнале ЖЭТФ работа «Оптомеханическая лазерная генерация и доменные стенки, обусловленные экситон-фононным взаимодействием”, результаты которой ранее были включены в отчет 2020 года. Препринт работы доступен по адресу https://arxiv.org/abs/2107.12019.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Построена теория экситонных поляронов в бислоях дихалькогенидов переходных металлов, образованных экситонами, связанными с изгибными фононными модами. Предсказана возможность манипулирования экситон-поляронными энергиями и эффективными массами путем приложения деформации к слоям в режимах малой и большой деформации, а также для слабой и сильной экситон-фононной связи. Показано, что применение деформации уменьшает электрон-фононную связь и уменьшает ее влияние на энергию и эффективную массу полярона. Также был исследован нелинейный режим формирования полярона, который проявляется, если изгибное смещение решетки в поляроне превышает постоянную решетки. Эффект нелинейной связи сильно зависит от размера наночешуйки, в которой находится экситон, и при достаточно большой чешуйке экситон коллапсирует и слои прилипают друг к другу. Полученные результаты могут быть полезны для расчета транспортных, оптических и оптомеханических свойств бислоев и инаноструктур на их основе. Работа опубликована в журнале Physical Review B. Построена теория взаимодействия экситона с акустическими фононами в нанокристаллах PbS. Была рассчитана размерная зависимость факторов Хуанга-Риса для основной дышащей моды и ее обертонов, а также для сфероидальных колебаний с полным угловым моментом j = 2. Расчет показал, что факторы Хуанга-Риса для основного дышащего колебания и для сфероидальной моды имеют один и тот же порядок величины, хотя фактор Хуанга-Риса для радиальной дыхательной моды выше. Работа опубликована в журнале Physical Review B. Также была опубликована статья по результатам начатого в 2021 году совместное с экспериментаторами исследования тонкой структуры в спектрах комбинационного рассеяния света на оптических и акустических фононах в квантовых ямах CdTe/CdMgTe. Экспериментально и теоретически изучено воздействие однопериодных ТГц импульсов на феррит-гранат. Описано возбуждение квази-ферромагнитной и квази-антиферромагнитной мод спиновой прецессии с близкими частотами в диапазоне 50 - 250 ГГц в зависимости от температуры. Обнаружено, что по мере увеличения температуры от 10 до 300 К, амплитуды мод изменяются не одинаково. Установлено, что возбуждение мод является резонансным, т.е. возможно, если частота моды имеется в спектре ТГЦ импульса. На основе анализа поляризационных зависимостей и теоретического описания было показано, что за возбуждение обеих мод отвечает магнитная компонента ТГц импульса. Работа опубликована в журнале Physical Review B.