| Название: | Латеральные плазменные кристаллы на основе дираковских материалов |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-204- Нано- и микроструктуры |
| Ключевые слова: | Латеральные плазменные кристаллы, терагерцовое излучение, дираковские фермионы, фотоэлектрические эффекты, топологические изоляторы, квантовые ямы, HgCdTe. |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Бельков,ВВ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 24-62-00010 |
Целью проекта является изучение фотоэлектрических и оптических явлений в пространственно-модулированных плазмонных наноструктурах с дираковским энергетическим спектром на основе HgCdTe квантовых ям (КЯ). Основное внимание будет уделено важному для приложений терагерцовому (ТГц) диапазону частот.
Будут исследованы системы двух типов:
1) 1D латеральные плазменные кристаллы (1D ЛПК):
В таких системах электронная концентрация периодически модулируется в одном направлении с помощью двойных решетчатых затворов. Как следствие, спектр плазмонных возбуждений похож на спектр 1D кристалла и содержит разрешенные и запрещенные зоны. Ключевым достоинством 1D ЛПК является возможность эффективного управления зонной структурой с помощью затворных электродов. В проекте будет исследована конверсия излучения в dc ток, многократное усиление этого тока в окрестности плазмонных резонансов и дополнительное гигантское усиление в магнитном поле. Будет исследован и обратный эффект – усиление падающей волны при пропускании dc тока через структуру и индуцированный током срыв в режим плазменной неустойчивости, сопровождающийся генерацией излучения, а также возбуждение плазмонов в условиях инверсной населенности зон.
2) 2D латеральные плазменные кристаллы (2D ЛПК) - системы с модуляцией по двум направлениям:
Такие системы можно создать путем травления периодически расположенных отверстий в 2D структуре. Основное явление, которое будет изучаться – обратный эффект Фарадея (ОЭФ), т.е. генерация циркулярного dc тока, а как следствие, постоянного магнитного поля циркулярно-поляризованной волной. Принципиальная возможность ОЭФ в немагнитных системах была предсказана авторами проекта [Koshelev2015,Potashin2020], в 2023 г. это предсказание было подтверждено экспериментально [Han2023].
Актуальность и новизна проекта состоит в исследовании целого класса фотогальванических явлений, которые могут наблюдаться в физически новой системе – латеральном плазменном кристалле. Хотя периодически модулированные системы изучаются достаточно давно, первая экспериментальная реализация 1D ЛПК с перестраиваемой затворами зонной структурой, появилась в 2023 г. [Sai2023]. Поэтому тематика проекта находится на переднем крае оптоэлектроники и плазмоники, и, вместе с тем, имеет важный прикладной потенциал для создания ТГц приборов.
В проекте участвуют две организации:
Основной участник: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (далее ФТИ), который будет выполнять теоретические расчеты и экспериментальные исследования в рамках дисциплины «02 Физика и науки о космосе»;
Партнер: Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (далее ИФП), который будет отвечать за создание дираковских структур и материалов на основе соединений теллуридов кадмия и ртути (HgCdTe) в рамках дисциплины «09 Инженерные науки».
Коллектив ФТИ будет усилен теоретиками и экспериментаторами из нижегородского Института физики микроструктур, которые имеют большой опыт работы со структурами на основе HgCdTe и на время выполнения проекта заключат трудовые договоры с ФТИ.
Важно отметить преимущество КЯ на основе HgCdTe для создания дираковских материалов. Группа из ИФП обладает уникальной технологией выращивания таких структур, позволяющей контролировать концентрацию и подвижность электронов при варьировании толщины слоев с одновременным изменением их составов как в широкозонных, так и узкозонных слоях. При критической толщине узкозонного слоя, свойства КЯ аналогичны свойствам графена. При отклонении толщины ямы от критической у дираковских фермионов появляется масса, величину которой можно контролировать, варьируя толщину, состав КЯ и температуру. Именно возможность контролируемым образом создавать структуры с различным энергетическим спектром, обуславливает выбор ИФП в качестве партнера данного междисциплинарного проекта.
Проект включает в себя теоретический, экспериментальный и материаловедческий блоки. По каждому направлению коллектив имеет серьезный задел и совместные публикации в ведущих мировых изданиях
