Результаты 2020 года

Важнейшие результаты законченных исследований

Высокодобротные моды связанных состояний в континууме в двумерном фотонном кристалле с Ge-наноостровками

Созданы и экспериментально исследованы двумерные фотонные кристаллы на основе гексагональной решетки отверстий в кремниевых эпитаксиальных слоях с наноостровками германия. Обнаружены высокодобротные моды связанных состояний в континууме и увеличение сигнала люминесценции островков более чем на два порядка, что представляет интерес для кремниевой нанофотоники.

Рис. 1. Люминесцентный отклик структуры с Geнаноостровками в области двумерного ФК (PhC) в сравнении с люминесцентным откликом, измеренным в непроцессированной области образца (outside PhC). Сигнал фотолюминесценции анализировался в телесном угле ± 7.5° от нормали к поверхности. Наблюдаемый в ФК спектр узких линий фотолюминесценции обусловлен взаимодействием излучения наноостровков с высокодобротными модами связанных состояний в континууме. (a) — схематическое представление исследуемого двумерного ФК с Ge наноостровками. (b) — теоретически рассчитанные дисперсионные зависимости излучательной способности измеренного ФК вблизи Г-точки зоны Бриллюэна.

Авторы:

М.В. Степихова, С. М. Сергеев, М. В. Шалеев, А. В. Новиков, А. Н. Яблонский, Н. А. Байдакова, Е. В. Скороходов, Д. В. Шенгуров, Д. В. Юрасов, З. Ф. Красильник — ИФМ РАН

С.А. Дьяков, Н. А. Гиппиус — Сколтех; Д. Е. Уткин — ИФП СО РАН;

С.Г. Тиходеев — МГУ; А. А. Богданов — ИТМО

Публикации:

1. Д. В. Юрасов, А. В. Новиков, С. А. Дьяков, и др. М. В. Степихова, А. Н. Яблонский, С. М. Сергеев, Д. Е. Уткин, З. Ф. Красильник. Рост интенсивности сигнала люминесценции самоформирующихся наноостровков Ge (Si) за счет взаимодействия их излучения с модами двумерных фотонных кристаллов. ФТП, т.54, № 8, с.822−829 (2020).

---

Cтимулированное излучение в гетероструктурах с квантовыми ямами HgTe/HgCdTe при λ~3 мкм при температуре близкой к комнатной

В волноводных гетероструктурах с квантовыми ямами (КЯ) HgTe/CdHgTe при оптической накачке получено стимулированное излучение в диапазоне 2.8−3.7 мкм при рекордно высоких температурах вплоть до 267 K, что открывает возможность создания лазеров, работающих в окне прозрачности атмосферы 3−5 мкм при охлаждении термоэлектрическими элементами Пельтье. Достигнутое продвижение в область более длинных волн и более высоких рабочих температур (в сравнении с предшествущими работами, относящимися к системе HgTe/CdHgTe) связывается с оптимизацией зонной зонного спектра носителей к КЯ и величины разрывов зон на гетерограницах. За счет этого удается в значительной мере подавить процессы безызлучательной оже-рекомбинации (как «классической» оже-рекомбинации, так и резонансных беспороговых процессов в КЯ) либо сдвинуть точку их включения в область более высоких температур.

Авторы:

С.В. Морозов, М. А. Фадеев, В. В. Румянцев, А. М. Кадыков, А. А. Дубинов, А. В. Антонов, К. Е. Кудрявцев, В. И. Гавриленко — ИФМ РАН Н. Н. Михайлов. С. А. Дворецкий — ИФП СО РАН.

Публикации:

1. K.E.Kudryavtsev, V.V.Rumyantsev, V.Ya.Aleshkin, A.A.Dubinov, V.V.Utochkin, M.A.Fadeev, N.N.Mikhailov, G. Alymov, D. Svintsov, V.I.Gavrilenko, S.V.Morozov. Temperature limitations for stimulated emission in 3−4 μm range due to threshold and non-threshold Auger recombination in HgTe/CdHgTe quantum wells. Appl. Phys. Lett.117, 083103 (2020)

2. M.A.Fadeev, V.V.Rumyantsev, A.M.Kadykov, A.A.Dubinov, A.V.Antonov, K.E.Kudryavtsev, S.A.Dvoretskii, N.N.Mikhailov, V.I.Gavrilenko, S.V.Morozov. Stimulated emission in the 2.8−3.5 μm wavelength range from Peltier cooled HgTe/CdHgTe quantum well heterostructures. Optics Express 26, 12755 (2018).

---

Низкобарьерный диод Мотта на основе GaN/AlGaN

Впервые продемонстрировано снижение эффективной высоты барьера Мотта в диодной гетероструктуре металл/AlGaN/GaN за счет поляризационно-индуцированного d-легирования гетероперехода. Эффективная высота барьера контролируется изменением толщины и состава слоя AlGaN и работой выхода металла барьерного контакта. Изготовлены низкобарьерные диоды Мотта Ti/AlGaN/GaN, демонстрирующие высокие значения ампер-ваттной чувствительности (9 А/Вт) при малой удельной величине дифференциального сопротивления (4´10−4 Wxсм²) при нулевом смещении.

Координатные зависимости положения дна зоны проводимости в диодных гетероструктурах (схематично) демонстрируют влияние поляризационного заряда, расположенного в плоскости гетерограницы AlGaN/GaN, на форму потенциального барьера: обычный диод Мотта металл/GaN — кривая 1; низкобарьерная диодная гетероструктура металл/AlGaN/GaN — кривая 2; такая же гетероструктура металл/AlGaN/GaN, но без учета поляризационных свойств — кривая 3. На вставке показана схема слоев в низкобарьерной диодной гетероструктуре.

Авторы:

Н.В.Востоков, М. Н. Дроздов, О. И. Хрыкин, П. А. Юнин, С. А. Краев, В. И. Шашкин — ИФМ РАН.

Публикации:

N.V. Vostokov, M.N. Drozdov, O.I. Khrykin, P.A. Yunin, and V.I. Shashkin. Low-barrier Mott diodes with near-surface polarization-induced δ-doping. Appl. Phys. Lett., V. 116, No. 1, 013505 (2020).

---

Синхронизация больших массивов джозефсоновских контактов

Продемонстрирована фазовая синхронизация больших массивов (до 9000) джозефсоновских контактов Nb/NbSi/Nb поверхностными электромагнитными волнами, распространяющимися вдоль границы ниобиевых электродов и подложки. Обнаружены геометрические резонансы, проявляющиеся в виде ступеней на вольт-амперных характеристиках и стоячих волн в изображениях, полученных методом сканирующей лазерной микроскопии. Максимальная мощность субТГц излучения получена в условиях выраженной асимметрии диаграммы направленности, что указывает на доминирующий механизм синхронизации бегущей электромагнитной волной. Обнаружено сверхизлучательное увеличение интенсивности сигнала с ростом числа активных контактов.

Авторы:

М.А. Галин, В. В. Курин, А. М. Клушин, Н. К. Вдовичева, И. А. Шерешевский — ИФМ РАН;

V.M. Krasnov, E.A. Borodianskiy — Stockholm University, Sweden;

F. Rudau, D. Koelle, R. Kleiner — Universitat Tubingen, Germany.

Публикации:

Phys. Rev. Appl. 14, 024051 (2020); 9, 054032 (2018)

---

Управление взаимодействием Дзялошинского-Мория в многослойных структурах Co/Pt с помощью деформаций

Методом рассеяния Мандельштама — Бриллюэна собнаружено влияние упругих деформаций на величину и знак константы взаимодействия Дзялошинского — Мория (ВДМ) в многослойных структурах Co/Pt. Изменение деформации от — 0.1% до + 0.1% изменяет величины константы от — 0.2 до 0.9 мДж/м². Показано, что в гибридных структурах пьезоэлектрик-ферромагнетик ВДМ можно управлять электрическим полем, что открывает возможность энергоэффективного манипулирования магнитными скирмионами.

(а) Геометрия эксперимента. Магнитная пленка на подложке. Изгиб подложки приводит к возникновению деформаций в магнитной пленке. Бриллюэновское рассеяние света в геоматрии Даймона-Эшбаха. (б) Зависимость константы взаимодействия Дзялошинского-Мория от величины деформаций магнитной пленки. Видно, что взаимодействие Дзялошинского-Мория значительно изменяется при приложении деформаций. (в) и (г) Фурье образ магнитной доменной структуры пленки в отсутствие (в) и присутствие (г) деформаций. При приложении деформаций происходит перестройка доменной структуры, обусловленная изменением взаимодействия Дзялошинского-Мория.

Авторы:

Н.С. Гусев, Е. В. Скороходов, Р. В. Горев, М. В. Сапожников, О. Г. Удалов — ИФМ РАН, ННГУ;

А.В. Садовников — Саратовский университет, ИРЭ РАН;

С.А. Никитов — ИРЭ РАН;

И.С. Белобородов — California State University Northridge.

Публикации:

1. N.S. Gusev et al, Phys. Rev. Lett. 124, 157202 (2020)

2. O.G. Udalov, I.S. Beloborodov, Physical Review B 102 (13), 134422 (2020)

3. O.G. Udalov, M.V. Sapozhnikov, JMMM, 519, 167464 (2021)

---

Лабораторный рефлектометр высокого разрешения для экстремального УФ и мягкого рентгеновского диапазонов: «Настольный синхротрон»

На основе лазерно-плазменного источника излучения и монохроматора с плоской дифракционной решеткой по схеме Черни-Тернера разработан рефлектометр, предназначенный для прецизионных измерений характеристик рентгенооптических элементов. Рабочий диапазон длин волн прибора 1−60 нм, спектральное разрешение до 0,028 нм, размер зондирующего пучка на образце 0,32×0,14 мм², диаметр исследуемых образцов до 500 мм. Потери эффективности монохроматора из-за дополнительных двух отражений по сравнению с роулондовскими схемами скомпенсированы за счет применения двуслойных отражающих покрытий зеркал-коллиматоров и дифракционной решетки и ионной полировки штрихов решетки. Светосила и спектральное разрешение прибора могут быть увеличены в 2−3 раза за счет асферизации зеркал-коллиматоров. По совокупности характеристик рефлектометр существенно превосходит мировые аналоги и может использоваться для решения спектроскопических задач в различных областях физики и химии.

Фотография рефлектометра и результат сравнения измеренной спектральной зависимости коэффициентов отражения Mo/Si многослойного зеркала с данными, полученными на синхротроне BESSY-II.

Авторы:

С.А. Гарахин, И. Г. Забродин, С. Ю. Зуев, И. А. Каськов, И. В. Малышев, А. Н. Нечай, Н. Н. Салащенко, М. Н. Торопов, Н. Н. Цыбин, Н. И. Чхало — ИФМ РАН;

Публикации:

S.A. Garakhin, et al. Rev. Sci. Instrum. — 2020. 91 (6). 063103.

С.А. Гарахин и др. ЖТФ — 2020. 90 (11). С. 1864−1869.

С.А. Гарахин и др. Квантовая электроника. — 2017. Т.47, № 4, С.385−392.

N.I. Chkhalo, et al. Thin Solid Films — 2016. 598 P. 156−160.

В.О. Догадин и др. Поверхность. — 2015. 7. С. 77−86.