Важнейшие научные результаты

  1. Решена крупная задача по созданию терагерцовых квантовых каскадных лазеров (ККЛ) на основе гетероструктур HgCdTe/CdHgTe, работающих спектральном диапазоне 7-10ТГц. Для это разработана технология МЛЭ структур с квантовыми ямами (КЯ) HgCdTe/CdHgTe. Предложена модель расчета темпов излучательных и оже-процессов в структурах с КЯ с учетом эффектов экранировки. Показано, что при длине волны межзонных переходов 30 мкм наибольшее подавление оже-рекомбинации в режимах, соответствующих лазерной генерации, реализуется в КЯ из тройного раствора HgCdTe с долей кадмия на уровне 6%. Для целевой частоты 8.3 ТГц предложен дизайн каскада с 2 КЯ, обеспечивающий рабочие температуры ККЛ до Tmax=225K.
    V.V. Rumyantsev et al., Optical studies and transmission electron microscopy of HgCdTe quantum well heterostructures for very long wavelength lasers. Nanomaterials, 11, 1855 (2021), IF= 5,076
  2. Созданы топологические изоляторы нового типа на основе соединений BiTeI, легированные атомами магнитных металлов (V, Mn), сочетающие сильное спин-орбитального взаимодействия, возникновение энергетической щели и магнитное упорядочение при достаточно высоких температурах, для систем и устройств, перспективных для спинтроники и квантовых вычислений при повышенных температурах. Обнаружено возникновение энергетической щели в топологических изоляторах нового типа на основе соединений BiTeI, легированных атомами магнитных металлов (V, Mn). Установлены величины концентраций магнитных примесей, при которых значение щели, открываемой магнитным взаимодействием, может достигать 130 мэВ. Установлено, что поверхностная температура Кюри для данной системы может достигать 130-140К.
    A.M. Shikin et al., Non-monotonic variation of the Kramers point band gap with increasing magnetic doping in BiTeI, Scientific Reports, v. 11, 23332 (2021), IF=4,379
  3. Обнаружена принципиально новая разновидность топологических изоляторов - двумерный андерсоновский топологический изолятор. Изучена сильно разупорядоченная двумерная электронно-дырочная система в квантовой яме на основе HgTe. В такой системе впервые обнаружена андерсоновская локализация, поведение которой принципиальным образом отличается от наблюдаемого в широко изученных двумерных однокомпонентных электронных и дырочных системах. Установлено, что в системе происходит двухступенчатая локализация: первыми локализуются двумерные дырки, как частицы с почти на порядок большей эффективной массой, чем у электронов. Затем происходит локализация электронов. Найдено, что в исследуемой системе отсутствует переход металл-изолятор: даже при значениях проводимости σ > е2/h наблюдается диэлектрическая температурная зависимость.
    G.M.Gusev, Z.D.Kvon, D.A.Kozlov, E.B.Olshanetsky, M.V.Entin, N.N.Mikhailov, Transport through the network of topological channels in HgTe based quantum well, 2D Mater. 9 (2022) 015021, IF=7,103
  4. Предложен новый способ стабилизации орторомбической фазы высокого давления теллурида олова (SnTe) в условиях нормального давления для промышленного использования. Получено значительное увеличение термоэлектрического фактора мощности (до 8 мВт/(K2м)) в орторомбической фазе высокого давления SnTe с запрещенной зонной 105 мэВ при 0.3 ГПа и комнатной температуре. Эти результаты могут внести вклад в развитие «зеленой» энергетики, способствовать конвертации избыточной тепловой энергии в электрическую.
    N.V. Morozova et al., Colossal enhancement of the thermoelectric power factor in stress-released orthorhombic phase of SnTe, Appl. Phys. Lett. 118, 103903 (2021), IF=3,791
  5. Предложен новый метод локального спектрального анализа полупроводниковых наноструктур, расположенных на поверхности массива нанокластеров Au, вблизи металлизированной иглы атомно-силового микроскопа (АСМ). Метод основан на обнаруженном нами ранее гигантском комбинационном рассеянии света (КРС) полупроводниковыми наноструктурами. Достигнуто беспрецедентное усиление (свыше∙106) сигнала КРС полупроводниковыми наноструктурами. Картирование сигнала КРС на частоте LO фонона CdSe позволило определить фононный спектр одного нанокристалла CdSe размером 6 нм, что находится далеко за дифракционным пределом.
    I.A. Milekhin, et al., Resonant Tip-enhanced Raman Scattering by CdSe Nanocrystals on Plasmonic Substrates, Nanoscale Advances, 2, 5441-5449 (2020), IF=4.553.
  6. Разработаны и изготовлены уникальные планарные элементы устройств для терагерцовой (ТГц) фотоники- поляризаторы, фильтры и преобразователи поляризации. Высокоэффективные тонкоплёночные ТГц поляризаторы созданы на основе двойных субволновых 1-мерных решёток с низкими потерями ( <10%) и высокой поляризационной дискриминацией (50-80 дБ) в широкой полосе частот: от 0,1 до 2,5 ТГц. Усовершенствована топология полосовых пропускающих ТГц фильтров на основе частотно-избирательных поверхностей в диапазоне 0,2-2 ТГц с высоким внеполосовым подавлением 40-60 дБ. Разработаны и изготовлены фильтры низких частот до 1.7 ТГц с внеполосовым контрастом 30-40 дБ. Разработаны высокоэффективные преобразователи поляризации оригинального дизайна на частоты 139 и 87 ГГц.
    A. Moreno-Penarrubia, J. Teniente, S. Kuznetsov, B. Orazbayev, and M.Beruete, Ultrathin and high-efficiency Pancharatnam–Berry phase metalens for millimeter waves, Appl. Phys. Lett. 118, 221105 (2021), IF=3,791

Краткие результаты по итогам 2020 года