Фотонные источники на основе гибридных перовскитов c применением нанофотонных технологий

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 17-73-20336

НазваниеФотонные источники на основе гибридных перовскитов c применением нанофотонных технологий

Руководитель Макаров Сергей Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова гибридный перовскит, нанофотоника, нанолазеры, микролазеры, светодиоды, метаповерхности, нанолитография, наноимпринт, лазерная абляция

Код ГРНТИ31.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Современные технологии вплотную приблизились к осуществлению нового качественного скачка. Основополагающей базой для этого является объединение успехов последних лет в создании устройств нанофотоники с успехами в области кремниевой электроники. Такая интеграция может привести к революционным прогрессивным последствиям во многих сферах деятельности человека - производстве микрочипов и устройств освещения, здравоохранении, космической индустрии, оборонной и автомобильной промышленности. Однако существует и ряд препятствий на пути такой интеграции нанофотоники и электроники. Одним из них является сложность внедрения существующих на сегодняшний момент традиционных источников излучения – полупроводниковых лазеров - в кремниевые микрочипы. В настоящем проекте предлагается исследование наноразмерных светодиодов и лазеров на новом семействе гибридных перовскитов, создаваемых методом литографии с технологией наноимпринта (NIL), который одновременно обеспечивает простой путь производства высокоплотных наноструктурированных устройств и улучшает кристалличность органическо-неорганических перовскитoв и их морфологию. Миниатюрные источники излучения, произведённые таким образом, потенциально должны обладать многими желательными свойствами источников света для интегрированной фотоники, включая низкую стоимость, высокую эффективность, перестраиваемость излучаемой длины волны, а также совместимость с кремниевой CMOS технологией для интегральных схем будущего. Такие устройства могут применяться в качестве дешёвых источников излучения с перестраиваемой длиной волны в дешёвых масштабируемых фотонных микрочипах и сенсорах. Хотя это и не является главной задачей настоящего проекта, такие лазеры и светодиоды также могут быть реализованы на гибких подложках для приложений в развивающейся области гибкой интегрированной фотоники. Будут изучены светодиоды и лазеры на перовскитах с внедрением полностью диэлектрического метаматериала − кремниевых наночастиц − в активную среду. Такая конфигурация может привести не только к увеличению эффективности, но также улучшению вывода излучения, т.е. обоих параметров добротности, важных для использования нанолазеров в микрочипах. Вдобавок в этому внедрение кремниевых наночастиц представляет собой инструмент, позволяющий инженерам настраивать диаграмму направленности излучения таких лазеров и светодиодов в дальнем поле. Данный проект ставит задачу объединения новых перовскитных материалов с самыми современными концепциями нанофотоники. Для достижения цели данного проекта будут решены следующие задачи: разработка новых методов химического синтеза стабильных и высококристаллических перовскитов, разработка методов работы с перестраиваемыми перовскитами, разработка новых методов создания гибридных материалов на основе перовскитов с интегрированными нанофотонными структурами, исследование оптических свойств полученных гибридных материалов и разработка высокоэффективных светодиодов, нано- и микролазеров на основе полученных гибридных материалов. Будут предложены и исследованы новые методы управления: перестройка за счет внешнего магнитного и электрического поля, и других методов. На основе этих эффектов перестройки свойств лазеров и светодиодов будут созданы новые сверхчувствительные сенсоры. Реализация данного проекта будет основана на многолетнем опыте Ведущего зарубежного ученого в области синтеза и характеризации новых наноматериалов и оптоэлектроники, а также на хорошо развитой инфраструктуре Университета ИТМО для проведения исследований в области химии, нанофотоники, оптоэлектроники и нанотехнологий. Реализация данного проекта будет основана на многолетнем опыте членов коллектива в области синтеза и характеризации новых наноматериалов и оптоэлектроники, а также на хорошо развитой инфраструктуре Университета ИТМО для проведения исследований в области химии, нанофотоники, оптоэлектроники и нанотехнологий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Екатерина Тигунцева, Денис Баранов, Анатолий Пушкарев, Battulga Munkhbat, Филипп Комиссаренко,Marius Franckevičius, Анвар Захидов, Тимур Шегай, Юрий Кившар и Сергей Макаров Tunable Hybrid Fano Resonances in Halide Perovskite Nanoparticles NANO LETTERS, Том: 18 Выпуск: 9 Стр.: 5522-5529 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.nanolett.8b01912

2. Сергей Макаров, Александра Фурасова, Екатерина Тигунцева,Andreas Hemmetter, Александр Берестеников, Анатолий Пушкарев, Анвар Захидов, Юрий Кившар Halide-Perovskite Resonant Nanophotonics Advanced Optical Materials, 1800784 (год публикации - 2018)
10.1002/adom.201800784

3. А.С. Берестенников, Ю. Ли, А.А. Захидов, А.Л. Рогач, С.В. Макаров Beyond Quantum Confinement: Excitonic Nonlocality in Halide Perovskite Nanoparticles with Mie Resonances Nanoscale, 11, 6747-6754 (год публикации - 2019)
10.1039/C8NR09837A

4. Полушкин А.П., Тигунцева Е.Ю., Пушкарев А.П., Макаров С.В. Single particle perovskite lasers: from material properties to cavity design Nanophotonics, 9, 3, 599–610 (год публикации - 2019)
10.1515/nanoph-2019-0443

5. Жижченко А., Тонкаев П., Гец Д., Ларин А., Зуев Д., Стариков С., Пустовалов Е., Захаренко А., Кулинич С., Джудказис С., Кучмижак А., Макаров С. Light-Emitting Nanophotonic Designs Enabled by Ultrafast Laser Processing of Halide Perovskites Small, 2000410 (год публикации - 2020)
10.1002/smll.202000410

6. Маркина Д.И., Тигунцева Е.Ю., Пушкарев А.П., Самсонов М.А., Венгрис М., Мунхбат Б., Шегай Т., Хигс Г.Б., Захидов А.А., Макаров С.В. Photophysical properties of halide perovskite CsPb(Br1-xIx)3 thin films and nanowires Journal of Luminescence, 220, 116985 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jlumin.2019.116985

7. Г.П. Зограф, М.И. Петров, Д.А. Зуев, В.А. Миличко, П.А. Дмитриев, С.В. Макаров и П.А. Белов 2D thermal map calculation and experimental study for optical heating of resonant non-plasmonic nanoparticles Proceedings of the International Conference DAYS on DIFFRACTION 2017 (год публикации - 2017)
10.1109/DD.2017.8168050

8. Михаил М. Омельянович и Константин Р. Симовский Wide-angle light-trapping electrode for photovoltaic cells Optics Letters, Vol. 42, Issue 19, pp. 3726-3729 (год публикации - 2017)
10.1364/OL.42.003726

9. Е. Ю. Тигунцева, Г. П. Зограф, Ф. Е. Комиссаренко, Д. А. Зуев, А. А. Захидов, С. В. Макаров и Юрий. С. Кившар Light-Emitting Halide Perovskite Nanoantennas Nano Letters, 18(2), 1185-1190 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.nanolett.7b04727

Публикации