| Название: | Спин-зависимые электронно-ядерные процессы, индуцированные оптическими и микроволновыми квантами, в функциональных полупроводниковых соединениях и их наноструктурах и создание инновационного магнито-оптического радиоспектроскопического приборного комплекса для их исследования и применений |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-304 - Спектроскопия |
| Ключевые слова: | Квантовые технологии, спинтроника, магнитный резонанс, циклотронный резонанс, спин, эффективная масса, наноструктуры, сверхрешетки, широкозонные полупроводники, слоистые двумерные полупроводники, спиновый центр, переходные элементы, сверхтонкое взаимодействие, спин-деформационное взаимодействие |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Баранов,ПГ; Бабунц,РА |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 23-12-00152 |
Современной материальной платформой для квантовых технологий, основанных на спинах и фотонах, обеспечивающей стабильные спиновые и оптические свойства, в настоящее время рассматриваются алмаз, карбид кремния, атомарно тонкие полупроводники и искусственно созданные наноструктуры в виде нуль-, одно- и двух- мерных квантовых систем. Квантовые излучатели в твердых телах, свойства которых напоминают свойства атомов, дают возможность реализовать квантовые интерфейсы свет-материя, соединяющие квантовые состояния фотонов с внутренними состояниями квантовых излучателей, таких как спин, на масштабируемом и компактном оборудовании. В предлагаемом проекте будут исследованы спиновые центры атомарных размеров, являющиеся также квантовыми излучателями в алмазе, карбиде кремния и слоистых двумерных материалах с использованием методов ЭПР, оптически детектированного магнитного резонанса (ОДМР) и двойного электронно-ядерного резонанса (ДЭЯР). Предполагается исследование природных двумерных слоистых кристаллов, таких как дихалькогениды переходных металлов (ДХПМ) и монохалькогенид галлия (GaSe), а также искусственно созданные коллоидные полупроводниковые нанокристаллы на основе соединений II-VI. Предполагается исследование комбинации слоев разных ДХПМ с выстраиванием зон типа I и типа II для последующих ОДМР исследований, включая и спин-долинную динамику. Основное внимание будет уделено изучению спиновых свойств носителей, экситонов и локализованных дефектов. В квантовых точках, квантовых ямах и сверхрешетках на основе соединений III-V с выстраиванием зон типа I и типа II, будут определена тонкая структура экситонов, параметры спинового гамильтониана электронов и дырок.
Будет проведена химическая и зарядовая идентификация переходных и редкоземельных элементов и собственных дефектов в различных широкозонных полупроводниках и изучение возможности когерентного контроля их спинов.
Спиновые центры в SiC имеют оптически адресуемые спиновые состояния, что делает их перспективными для квантовых технологий, включая разработку квантовой памяти на магнитных ядрах Si-29 и C-13 с использованием кристаллов SiC и их наноструктур с измененным изотопным составом. Их применение в качестве сенсоров для измерения магнитных, электрических и температурных полей с высокой чувствительностью позволит исследовать вещества в экстремально малых объемах с субмикронным пространственным разрешением. При этом спиновые центры с S=3/2 допускают полностью оптическую магнитометрию без применения микроволнового излучения, ранее разработанную и запатентованную авторами проекта, что позволяет проводить измерения в электропроводящих средах, а также в космическом пространстве.
Для предлагаемых исследований разрабатывается уникальное оборудование в виде инновационного магнитооптического радиоспектроскопического приборного комплекса (МОРПК), создаваемого в ФТИ, включающего линейку высокочастотных спектрометров ЭПР-ОДМР диапазонов 35, 94 и 130 ГГц, построенных на единой технологической платформе и с единой магнитооптической автономной криогенной системой замкнутого цикла, работающих в непрерывном и импульсном режимах, и сканирующий спектрометр магнитного резонанса с использованием атомно-силового и конфокального микроскопов, позволяющий проводить ОДМР и Рамановские исследования с микронным и субмикронным пространственным разрешением. МОРПК создается совместно с отечественными разработками фирм ДОК и NT-MDT Spectrum Instruments, имеет серьезные преимущества по сравнению с коммерческими западными аналогами.
Все предлагаемые исследования являются новыми, достижимость решения поставленных задач обосновывается многолетним опытом работы участников проекта по исследованию спиновых систем в полупроводниковых и диэлектрических материалах и созданию уникальной приборной базы для этих исследований. Опубликованы сотни статей по предлагаемой тематике, включая более десяти патентов и книги, одна из которых опубликована в издательстве Шпрингер при поддержке РНФ.
