Экситонные дифракционные оптические элементы

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 25-12-20007

НазваниеЭкситонные дифракционные оптические элементы

Руководитель Капитонов Юрий Владимирович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №101 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

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

Ключевые слова дифракционные оптические элементы, экситон, квантовая яма, галогенидные перовскиты, монослои дихалькогенидов переходных металлов, нанолитография, дефектообразование, ионное облучение

Код ГРНТИ29.19.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта ожидается создание нового направления дифракционной оптики – ДОЭ на основе экситонов в полупроводниках. Ключевое отличие предлагаемых элементов от других ДОЭ состоит в пространственной модуляции исключительно экситонных свойств элементов. Такая особенность приводит к возможности создания элементов, реализующих недоступные традиционным ДОЭ функции по спектральной и временной модифкации света и управлению отклика внешними воздействиями, в том числе светом. В проекте будет построена описывающая экситонные ДОЭ теоретическая модель, изучены различные материалы и методы их модификации, позволяющие создавать экситонные ДОЭ. На их основе будут изготовлены ДОЭ, реализующие различные функции, связанные с преобразованием падающего света, изменением его спектрального состава и временной огибающей. Будет изучена возможность оптического контроля экситонных ДОЭ. Среди возможных областей применения резонансных ДОЭ на основе экситонов – оптические вычислительные устройства, сенсоры, устройства распознавания изображений. Реализация проекта открывает перспективы для создания новых уникальных элементов дифракционной оптики, что позволяет вывести эти исследования на новый уровень как в России, так и в мире, а также предполагает получение серии научных результатов, имеющих важное фундаментальное и практическое значение. Полученные результаты предполагается опубликовать в научных журналах, индексируемых Scopus и WoS, преимущественно квартиля Q1. Достижение заявленных результатов по формированию уникальных экситонных ДОЭ создаст мотивацию для поиска и развития новых концепций применения таких типов элементов, и создаст предпосылки для дальнейшего развития новой научной тематики. Еще одним результатом проекта будет формирование междисциплинарного рабочего коллектива, сочетающего в себе опыт оптических исследований полупроводников и опыт в дифракционной оптике.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетном периоде были выполнены работы по обзору литературы по теме проекта, изготовлению, характеризации и модификации образцов, экспериментальным исследованиям резонансной дифракции и теоретическому моделированию. Для выявления общих закономерностей модификации оптических свойств галогенидных перовскитов под действием пучков заряженных частиц был проведен обзор литературы и подготовлена обзорная публикация. Был освоен синтез монокристаллов галогенидных перовскитов MAPbCl3 и CsPbBr3. Для монокристаллов MAPbCl3 было показано, что электронное облучение с дозами выше 10^16 1/см2 модифицирует экситонные и люминесцентные свойства MAPbCl3, т.е. демонстрирует возможность управляемого дефектообразования в этом материале. Также в монокристаллах MAPbCl3 было обнаружено свечение доменных стенок сегнетоэластических доменов в MAPbCl3. Для поликристаллических пленок MAPbI3 впервые продемонстрирована возможность создания резонансных дифракционных решёток с помощью электронного облучения с дозами более 10^15 1/см2. Изучено температурное и спектральное поведение спектров дифракции. Теоретически промоделировано и экспериментально подтверждено формирование вихревых мод при дифракции на вилкообразных решётках. Продемонстрировано, что облучение монослоев MoS2 электронным пучком 10 кэВ с дозами до 10^17 1/см2 и сфокусированным пучок He+ 30 кэВ с дозами до 10^14 1/см2 не позволяет модифицировать и оптические свойства. В квантовых ямах GaAs/Al(3%)GaAs продемонстрированы экситонные резонансы с высоким оптическим качеством, пригодные для дальнейших экспериментов по дефектообразованию под действием ионного облучения, длительным временем дефазировки и проявлением антистоксовой фотолюминесценции легкодырочных экситонов при возбуждении тяжелодырочных экситонов. В совокупности полученные результаты демонстрируют существенный прогресс в изучении индуцированных электронным облучением процессов в галогенидных перовскитах, а также в управляемом создании оптических структур на их основе. Проведённые исследования подтвердили возможность контроля создаваемых дефектных состояний и формирования требуемых дифракционных структур. Также были получены результаты в смежных областях, обладающие большой новизной и актуальностью.

Публикации

1. Капитонов Ю.В. Резонансные дифракционные оптические элементы на основе экситонного резонанса Невская фотоника-2025. Всероссийская научная конференция с международным участием. Сборник научных трудов (13-18 октября 2025 г.), Невская фотоника-2025. Всероссийская научная конференция с международным участием. Сборник научных трудов (13-18 октября 2025 г.) / под ред. д.ф.-м.н. Цыпкина А.Н. – СПб.: Университет ИТМО, 2025. – 382 с. (год публикации - 2025)

2. Башегурова Е.А., Капитонов Ю.В. Дифракция на экситонной дифракционной решетке на основе тонкой пленки MAPbI3 Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника : тезисы докладов Всероссийской научной молодежной кон- ференции, 24–28 ноября 2025 г., Санкт-Петербург, Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника : тезисы докладов Всероссийской научной молодежной кон- ференции, 24–28 ноября 2025 г., Санкт-Петербург. – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2025. – 105 с. (год публикации - 2025)

3. Назаров Р.С.,Максимов М.А.,Капитонов Ю.В. Антистоксовая люминесценция легкодырочных экситонов при межподзонных переходах в квантовой яме GaAs/AlGaAs с малым процентом алюминия Тезисы докладов конференции «Спиновая физика, спиновая химия и спиновая технология», Тезисы докладов конференции «Спиновая физика, спиновая химия и спиновая технология». — СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 2025. —с. 105. (год публикации - 2025)

4. Шевага Н.И., Капитонов Ю.В. Катодолюминесценция доменов и доменных стенок в монокристаллах галогенидного перовскита MAPbCl3 Невская фотоника-2025. Всероссийская научная конференция с международным участием. Сборник научных трудов (13-18 октября 2025 г.), Невская фотоника-2025. Всероссийская научная конференция с международным участием. Сборник научных трудов (13-18 октября 2025 г.) / под ред. д.ф.-м.н. Цыпкина А.Н. – СПб.: Университет ИТМО, 2025. – 382 с. (год публикации - 2025)

5. Митряхин В.Н., Шапочкин П.Ю., Назаров Р.С., Ефимов Ю.П., Елисеев С.А., Ловцюс В.А., Капитонов Ю.В. Fabry-Perot interferometer with a quantum well mirror for controllable dispersion compensation Optics Letters, Vol. 50, Issue 19, pp. 6036-6039 (2025) (год публикации - 2025)
10.1364/OL.572092