ИСТИНА

Прогресс в исследовании явлений переноса заряда в твёрдых телах определяет уровень развития современной электроники в направлении повышения тактовой частоты переключения транзисторов в процессоре. Когерентный контроль электронной динамики в твердом теле, реализуемый электромагнитным полем лазерного импульса, помогает преодолеть существующие ограничения на верхнюю границу скорости обработки информации и достигнуть петагерцовой частоты работы. Большинство исследований по сверхбыстрому когерентному контролю электронной подсистемы в настоящее время проведено над атомарными и молекулярными системами. Данный проект направлен на изучение аттосекундной динамики носителей заряда в кристаллических диэлектриках, полупроводниках, полуметаллах и новейших материалах с уменьшенной размерностью, как двумерные листы графена и углеродные нанотрубки, в перспективных материалах для оптоэлектроники будущего. В ходе реализации проекта будут исследованы сверхбыстрые процессы межзонной и внутризонной динамики носителей зарядов в поле интенсивных электромагнитных импульсов предельно малой длительности на центральных длинах волн от видимого до среднего и дальнего инфракрасного диапазона. Реализация проекта предусматривает широкий фронт теоретических и экспериментальных исследований, включающие в оборот несколько лазерных систем генерации престраиваемых усиленных фемтосекундных импульсов и многомерное суперкомпьютерное моделирование аттосекундной динамики населенностей и взаимной когерентности набора электронных зон твердого тела. Будет изучено влияние ширины запрещенной зоны, кривизны дисперсии энергии носителей, ориентации кристалла, скорости процессов дефазировки и термализации носителей на нелинейно-оптический отклик электронной подсистемы. В качестве одного из новых подходов для решения данного круга задач, будут развиты методики сверхбыстрой спектроскопии генерации гармоник высоких порядков от твердых тел, являющейся мощным инструментом исследований аттосекундной динамики электронов в атомарных и молекулярных газах.

Progress in the study of the phenomena of charge transfer in solids determines the level of development of modern electronics in the direction of increasing the clock frequency of switching transistors in the processor. Coherent control of electronic dynamics in a solid, realized by the electromagnetic field of a laser pulse, helps overcome existing limitations on the upper limit of the processing speed of information and reach the PET frequency of operation. Most of the research on superfast coherent control of the electronic subsystem has now been carried out on atomic and molecular systems. This project is aimed at studying the attosecond dynamics of charge carriers in crystalline dielectrics, semiconductors, semimetals and the newest materials with reduced dimensionality, like two-dimensional graphene sheets and carbon nanotubes, in promising materials for optoelectronics of the future. In the course of project implementation, superfast processes of interband and intraband dynamics of charge carriers in the field of intense electromagnetic pulses of extremely short duration at central wavelengths from visible to middle and far infrared will be investigated. The project implementation provides for a broad front of theoretical and experimental research that includes several laser systems for generating amplified femtosecond pulses and multidimensional supercomputer modeling of attosecond population dynamics and mutual coherence of a set of electronic zones of a solid body. The influence of the width of the forbidden band, the curvature of the dispersion of the carrier energy, the orientation of the crystal, the rate of dephasing processes, and the thermalization of carriers on the nonlinear-optical response of the electronic subsystem will be studied. As one of the new approaches to solving this range of problems, the techniques of ultrafast spectroscopy of the generation of harmonics of high orders from solids will be developed, which is a powerful tool for investigating the attosecond dynamics of electrons in atomic and molecular gases.

В качестве результатов исследований мы ожидаем возникновение абсолютно новых подходов к оптическому зондированию электронно-дырочной подсистемы твердых тел с высоким временным разрешением. Использование оптического излучения позволяет проводить исследования внутри объема твердых тел или на внутренних границах многослойных структур. Высокая нелинейность отклика позволяет достигать высокой пространственной локальности зондирования свойств композитного материала. В ходе развития проекта будут исследованы физические сценарии, приводящие к генерации оптических гармоник высокого порядка. Ожидаются, что будут выявлены различные пути формирования гармоник в зависимости от центральной длины волны и пиковой мощности излучения накачки, ширины запрещенной зоны, наличия легко ионизирующихся примесей, выбора кристаллической структуры твердого тела и других параметров.

Научный коллектив состоит из группы научных сотрудников, аспирантов и студентов МГУ имени М.В.Ломоносова. Группа обладает заделом в области экспериментального и теоретического исследования нелинейно-оптических процессов преобразования сверхкоротких импульсов видимого, ближнего и среднего ИК диапазонов в газах, твердых телах, полых и микроструктурированных световодах, в области взаимодействия интенсивного лазерного излучения и вещества. Научный коллектив обладает широкими экспериментальными возможностями, предоставляемые Московским Университетом и Российским Квантовым Центром (Сколково). Научная группа располагает доступом к суперкомпьютерным комплексам “Ломоносов”, “Ломоносов - 2” и “Чебышев” в МГУ им. М.В. Ломоносова, необходимыми для успешного выполнения многомерного численного моделирования.

- Показано, что аккуратное исследование гармоник высоких порядков от твердых тел позволяет восстановить характерные черты дисперсии электронов - Локальный нагрев ИК лазерным импульсом и контроль температуры при помощи квантового сенсора позволил впервые осуществить термоактивацию одиночного нейрона in vivo