| Название: | Генерация излучения в неупорядоченном ансамбле кремниевых наночастиц |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-202 - Полупроводники |
| Ключевые слова: | кремний, пористый кремний, окислитель, композит, взрывчатое превращение, перхлораты, лазерный импульс, электромагнитный импульс, наночастицы, «случайный» лазер, излучатель, неупорядоченная среда |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Зегря,ГГ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 24-12-00426 |
При исследовании взрывчатого превращения композитов на основе пористого кремния с перхлоратными окислителями заявителями проекта был обнаружен новый эффект [Г. Г. Зегря и др. Письма в ЖЭТФ 114, 263 (2021)]: интенсивность световой вспышки, сопровождающей взрывчатое превращение, достигала своего максимального значения за десятки микросекунд с момента возбуждения взрывчатого превращения, далее наблюдался резкий провал интенсивности до нулевого уровня, длящийся десятки микросекунд («нулевая полка»), и в заключение происходило одновременное излучение коротких электромагнитных импульсов. Ширина линии излучения порядка 1 нм позволила интерпретировать зарегистрированное импульсное излучение как лазерный эффект, возникающий при усилении излучения за счет многократного рассеяния на наночастицах кремния, образующихся в результате испарения кремниевой составляющей энергонасыщенных композитов при взрывчатом превращении и занимающих случайное пространственное положение. Таким образом, заявители проекта утверждают, что ими был открыт новый перспективный подход к созданию высокоэффективных кремниевых излучателей.
Подходы к созданию кремниевого источника излучения, в рамках которых кремний используется в качестве активной среды, характеризуются сложной многоэтапной технологией изготовления светоизлучающей структуры, эффективность излучения которой оказывается мала. Это объясняется непрямой зонной структурой кремния и кремниевых квантово-размерных объектов.
Цель данного проекта заключается в разработке нового подхода к созданию полностью кремниевого излучателя, основанного на эффекте «случайной» лазерной генерации (random lasing). В таких лазерах, активная среда которых состоит из рассеивателей, занимающих неупорядоченное пространственное положение, усиление излучения обеспечивается за счет многократного рассеяния. На сегодняшний день известно о создании «случайных» лазеров (random laser) на основе различных наноразмерных полупроводников ZnO, ZnSe, GaAs, GaN, однако в мировой научной литературе отсутствует информация об исследовании полностью кремниевого «случайного» лазера.
Для достижения поставленной цели проекта необходимо решение трех основных задач.
Во-первых, необходимо определить параметры активной среды на основе наночастиц кремния и физические условия, способствующие формированию «случайной» лазерной генерации. Отличительная особенность данного этапа работы заключается в том, что будет разработан новый метод получения наночастиц кремния в результате взрывчатого превращения энергонасыщенного композита на основе пористого кремния и окислителя. Это позволит не только значительно упростить изготовление активной среды «случайных» излучателей, но и модифицировать кристаллическую структуру материала наночастиц для возможного достижения его прямой зонной структуры.
Во-вторых, необходимо провести исследования временных, спектральных и пространственных характеристик излучения получаемой кремниевой неупорядоченной активной среды. Для этого будет использована оригинальная методика регистрации быстропротекающих электрических и оптических процессов с высокими временным (единицы пс), спектральным (десятые доли нм) и пространственным (десятки мкм) разрешениями.
В-третьих, для подтверждения экспериментальных результатов по созданию кремниевого «случайного» лазера необходимо построить микроскопическую модель «случайной» лазерной генерации в активной неупорядоченной среде на основе точечных полупроводниковых рассеивателей, расширенную на случай движения структурных составляющих активной среды.
Поставленные в настоящем проекте задачи являются новыми, носят междисциплинарный характер и имеют большое значение для развития современной кремниевой фотоники.
