ИСТИНА

1. Определить особенности нелинейных оптических явления и сверхбыстрых физических процессов в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах. Создать динамические фотонные кристаллы на основе сред с высоким значением нелинейности. 2. Разработать теорию электронных явлений в неупорядоченных полупроводниках и в полупроводниковых системах пониженной размерности. 3. Выявить аномальные фотоэлектрические и оптические явления в кристаллических, неупорядоченных и органических полупроводниках; фотоиндуцированные метастабильные состояния и процессы их релаксации. 4. Изучить катодолюминесценцию широкозонных полупроводников. 5. Исследовать люминесценцию гетероструктур с квантовыми ямами и физические явления в гетероструктурах. 6. Исследовать сегнетоэлектрические явления, вызываемые нецентральными примесями, современными методами спектроскопии с использованием источников синхротронного излучения. 7. Рассчитать свойства кристаллов из первых принципов методом функционала плотности Изучить новые полупроводниковые соединения группы А3В5; определение неоднородностей полупроводников 8. Изучить электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах. 9. Разработка, создание и исследование параметров источника низкотемпературной плазмы.

1. To determine the features of nonlinear optical phenomena and ultrafast physical processes in semiconductors and semiconductor nanostructures. Create dynamic photonic crystals based on media with a high nonlinearity value. 2. Develop a theory of electronic phenomena in disordered semiconductors and in low-dimensional semiconductor systems. 3. Identify anomalous photoelectric and optical phenomena in crystalline, disordered, and organic semiconductors; photo-induced metastable States and their relaxation processes. 4. To study the cathodoluminescence of wide-band semiconductors. 5. To investigate the luminescence of heterostructures with quantum wells and physical phenomena in heterostructures. 6. To investigate ferroelectric phenomena caused by non-Central impurities using modern spectroscopy methods using synchrotron radiation sources. 7. Calculate the properties of crystals from the first principles using the density functional method to Study new semiconductor compounds of the A3B5 group; determination of semiconductor inhomogeneities 8. To study electronic transport in semiconductor nanostructures. 9. Development, creation and research of low-temperature plasma source parameters.

1.Полупроводниковая оптоэлектроника Экспериментальное и теоретическое исследование нелинейно оптических свойства полупроводниковых наноструктур (квантовые точки, нанопластинки, легированных нанокристаллов), возникающих под воздействием внешнего лазерного излучения. Создание и изучение особенности динамических фотонных кристаллов в средах с высоким значением оптической нелинейности. Разработка режима наведенного одномерного, двумерного и трехмерного нестационарного резонансного кристалла и его применение для выявления физических явлений, ответственных за нелинейное изменение поглощения и преломления в полупроводниковых квантовых точках (коллоидный раствор) при однофотонном возбуждении экситонов. Изучение особенностей распространения коротких и ультракоротких лазерных импульсов в такой структуре. Использование режимов резонансного нестационарного двумерного и трехмерного фотонного кристалла с перестраиваемыми запрещенными зонами для получения дополнительной информации о процессах, определяющих оптические и нелинейно-оптические свойства экситонов в полупроводниковых квантовых точках (в том числе определить их кинетические свойства). Выявить особенности нелинейного изменения коэффициентов поглощения и преломления ансамбля полупроводниковых наноструктур как в случае поглощения излучения лазера (нелинейные оптические явления в поглощающей среде), так и для случая прозрачных для возбуждающего излучения лазера полупроводниковых наноструктур («классические» нелинейные оптические явления). Разработка новых методов теоретического описания особенностей неравновесной кинетики, статистических характеристик и нестационарных эффектов при электронном транспорте через полупроводниковые наноструктуры с сильным межчастичным взаимодействием, а также установление электронных свойств неравновесных наноструктур с сильными корреляциями Исследование особенностей отклика коррелированных полупроводниковых многоуровневых наноструктур на внешнее воздействие. Исследование режимов релаксации для различных начальных зарядовых и спиновых конфигураций локализованных электронов в связанных квантовых точках при наличии ненулевого напряжения на туннельном переходе. В сильно коррелированных одиночных и связанных многоуровневых квантовых точках, взаимодействующих с резервуаром, проведести теоретическое исследование различных режимов протекания спин-поляризованного туннельного тока в зависимости от зарядовых и спиновых конфигураций локализованных электронов при наличии ненулевого напряжения на туннельном переходе. 2.Теория полупроводников Исследование высокочастотной электронной проводимости неупорядоченных полупроводников с мелкими примесями, связанной с прыжковым транспортом по примесной зоне. Анализ особенностей прыжковой проводимости в органических материалах на основе расчета химического расстояния, определяющего затухание волновых функций вблизи порога протекания, от характерных структурных параметров неупорядоченной гранулированной системы. Расчет и анализ частотной зависимости мнимой части резонансной проводимости слабо легированного компенсированного полупроводника. Анализ режимов прыжковой проводимости органических полупроводников с учетом морфологии структуры неупорядоченных органических полупроводников, перспективных для использования в электронике и солнечной энергетике. Расчет вида хвостов энергетического спектра электронов в запрещенной зоне неупорядоченного полупроводника и его влияния на рекомбинацию носителей заряда в обобщенной модели Шокли-Рида. Установление влияния виртуальных промежуточных состояний на особенности прыжкового переноса в органических неупорядоченных полупроводниках. Нахождение решений для спектра и волновых функций электронов, локализованных под действием многокомпонентного случайного поля. Исследование высокочастотной электронной проводимости неупорядоченных полупроводников с мелкими примесями, связанной с прыжковым транспортом по примесной зоне. Проведение расчета частотной зависимости вещественной части низкотемпературной бесфононной проводимости в области перехода (кроссовера) от линейной к квадратичной частотной зависимости проводимости. Сравнение экстраполяции модели с переменной длиной прыжка на область квадратичной частотной зависимости в режиме проводимости с постоянной длиной прыжка с результатами расчета частотной зависимости проводимости в области кроссовера от линейной к квадратичной зависимости. Построение модельного электронного спектра одноосного материала, включающего наличие метастабильных квазиодномерных экситонных состояний. 3.Физика неупорядоченных и неоднородных полупроводников Моделирование электронной и локальной структуры примесей переходных элементов в SrTiO3, гексагональном и кубическом BaTiO3 и в PbTiO3. Экспериментальное исследование спектров оптического поглощения и спектров EXAFS кристаллов SrTiO3, BaTiO3, PbTiO3 и KTaO3, легированных примесями переходных 3d элементов. Установление корреляции между локальной структурой, зарядовым состоянием этих примесей и оптическими свойствами исследуемых кристаллов. Комплексные исследования свойств полупроводниковых нанопластинок на основе халькогенидов кадмия и олова. Исследование фотоэлектрических параметров двусторонних кремниевых солнечных элементов с наноструктуированными пленками прозрачных проводящих оксидов в качестве просветляющих покрытий при их освещении монохроматичными инфракрасными источниками света. Разработка компенсационного способа определения фотоэлектрических свойств пластин кремния с p-n переходами, а также проведение измерений на различных кремниевых солнечных элементах, в том числе на солнечных элементах с гетероструктурами типа HIT. 4.Физика аморфных и микрокристаллических полупроводников Исследование стабильности высокоомных пленок аморфного гидрогенизированного кремния a-Si:H с высокой фоточувствительностью при разных температурах выше комнатных. Исследование структурных изменений и происходящих при этом изменений физических свойств пленок гидрированного кремния после их облучения фемтосекундным лазерным излучением. Будут проведены исследования электрических и фотоэлектрических свойств модифицированных лазерным облучением пленок a-Si:H, легированных акцепторами. Для модифицированных пленок с неоднородной по толщине структурой будут исследованы свойства гетероперехода a-Si:H/nc-Si:H, образовавшегося в результате «лазерной» модификации структуры. Исследование электрических и фотоэлектрических свойств органических полупроводников (полимеров) и их смесей с производными фуллеренов, формирующих объемные гетеропереходы. Особое внимание будет уделено выяснению механизма светоиндуцированного метастабильного изменения проводимости данных материалов. Исследование влияния внешних воздействий (температуры и разных типов подсветки) на процессы релаксации фотоиндуцированной при температурах выше комнатной метастабильной проводимости нелегированных пленок аморфного гидрированного кремния (a-Si:H). Эти исследования связаны с поиском возможностей управления скоростями генерации и релаксации метастабильных фотоиндуцированных изменений свойств пленок a-Si:H. 5.Люминесценция полупроводников Исследование свойств ультрафиолетовых светодиодов новых конструкций на основе GaN-гетероструктур с квантовыми ямами. Исследование гетероструктур на основе полупроводников III-N для приборов коротковолновой части видимой и ближайшей ультрафиолетовой области спектра и фрактальных свойств поверхности гетероструктур с квантовыми ямами. Автоматизация исследований электрических и люминесцентных свойств светодиодов. ". Исследование процессов катодолюминесценции в двойных гетероэпитаксиальных структурах на основе пленок соединений А2В6 при различных внешних воздействиях с целью получения возбуждаемых электронным пучком высокоэффективных мощных источников света. Исследование процессов катодолюминесценции кристаллов ZnSe:Fe;М (где М - Cr, Co, Ni), легированных путем двойной диффузии. Будут использоваться Cr, Co, Ni в качестве активаторов внутрицентрового свечения железа в области средневолнового ИК диапазона: ставится задача нахождения наиболее эффективного активатора. Кроме того, ставится задача оптимизации катодолюминесцентных характеристик при проведении постдиффузионных отжигов кристаллов ZnSe:Fe;М в парах селена или цинка. Выяснение механизмов передачи катодовозбуждения от активатора внутрицентровым состояниям ионов железа. 6. Взаимодействие плазмы с полупроводниками Разработка, создание и исследование параметров источника низкотемпературной плазмы (НТП) plasma jet для технологического и биомедицинского применения. Разработка и подготовка экспериментальной методики исследования генерации рентгеновского излучения и свободных нейтронов в плазме маломощного ВЧ емкостного разряда низкого давления в He и дейтерии. Исследовать спектроскопическим методом характеристики плазмы на выходе плазматрона для технологических и биомедицинских применений. Экспериментальная работа по созданию наночастиц Si с помощью дугового плазматрона и их диагностике методом Рамановского рассеяния. Экспериментальное исследование зависимости параметров pH среды, содержащей биологические объекты, от характеристик воздействующей НТП и реакцию изучаемых объектов.

Научный коллектив имеет значительный опыт в проведении исследований, направленных на установление оптических и нелинейно-оптических свойств структур пониженной размерности, в том числе коллоидных полупроводниковых квантовых точек, с использованием различных экспериментальных методов спектроскопии, а также в проведении компьютерных расчетов и моделирования. Огромные успехи, достигнутые в развитии современной вычислительной техники и методах решения больших систем уравнений, позволяют в настоящее время получить при расчете свойств веществ из первых принципов точность, сопоставимую с получаемой в эксперименте. Излучательная рекомбинация в полупроводниках при различных способах возбуждения - электрическим током, электронным пучком или светом - одно из наиболее интересных оптических явлений, которое дает фундаментальные сведения об энергетическом спектре полупроводниковых кристаллов. На кафедре исследуются спектры люминесценции и электрические свойства гетероструктур на основе нитрида галлия и его твердых растворов. Эффективное излучение структур типа InxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN соответствует фиолетовой, голубой и чисто зеленой части видимого спектра. Имеется существенный задел по исследованиям физических процессов в неметаллических твердых телах в условиях сильного возбуждения электронной подсистемы импульсами ускоренных электронов. Ведется разработка неразрушающих методов обнаружения и контроля параметров неоднородностей в различных объектах. В лаборатории разрабатываются методы обнаружения и контроля таких неоднородностей в кремнии. В сотрудничестве с иностранными и российскими центрами сотрудники кафедры используют EXAFS-спектроскопию для изучения локального окружения изовалентных и неизовалентных примесей в узкозонных полупроводниках и кристаллах семейства перовскита, уделяя особое внимание нецентральным примесям, которые могут вызывать появление сегнетоэлектрических фазовых переходов в этих материалах.

Краткое описание выполненных работ: 1. Выявлены физические процессы, ответственные за явления самовоздействия при однофотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS. Установлено, что при однофотонном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS нелинейное изменение поглощения сопровождается нелинейным изменением показателя преломления, что может приводить к образованию наведенной фазовой дифракционной решетки. 2. Обнаруженная самодифракция двух лазерных лучей при двухфотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS объяснена их дифракцией на фазовой наведенной дифракционной решетке. 3. Измеренная кубическая зависимость интенсивности самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов при двухфотонном возбуждении квантовых точек CdSe/ZnS такая же, как и для процесса четырехволнового взаимодействия. Обнаруженная зависимость интенсивности самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов выше 5-ой степени может быть объяснена поглощением на двухфотонно возбужденных носителях, приводящем к образованию помимо фазовой, амплитудной наведенной дифракционной решетки. Так же возможен рост величины двухфотонного поглощения (при приближении энергии двух фотонов лазерного излучения к точному резонансу экситонного поглощения за счет красного штарковского сдвига спектра экситонного поглощения). 4. Самодифракция трех лазерных лучей, пересекающихся в кювете с коллоидными квантовыми точками CdSe/ZnS, при однофотонном резонансном возбуждении экситонов объяснена их дифракцией на наведенной динамической двумерной дифракционной решетке, возникающей, возможно, за счет процессов насыщения основного экситонного перехода и длинноволнового штарковского сдвига спектра экситонного поглощения. 5. Методом накачки и зондирования наведенной нестационарной дифракционной решетки обнаружен двухэкспоненциальный спад релаксации резонансно возбужденных экситонов, быстрая часть которого объяснена Оже рекомбинацией и захватом носителей зарядов на поверхностные состояния квантовых точек, а медленная часть – излучательной рекомбинацией экситонов. 6. Проанализирована динамика начального двух электронного состояния, локализованного в системе двух взаимодействующих одноуровневых квантовых точек с кулоновскими корреляциями, слабо связанными с состояниями непрерывного спектра резервуара. Обнаружено появление динамической инверсной заселенности уровней энергии в квантовых точках в процессе релаксации. 7. Исследованы особенности, возникающие при протекании туннельного тока через систему двух взаимодействующих по средствам внешнего поля квантовых точек. Показано, что изменение частоты внешнего поля вызывает многократные переключения туннельного тока и приводит к формированию областей с отрицательной туннельной проводимостью. 8. Обнаружено, что для определенных значений параметров системы связанных квантовых точек с кулоновскими корреляциями полное электронное число заполнения может резко уменьшаться с ростом величины напряжения на туннельном контакте. Обнаружено явление спиновой блокады в случае асимметричного туннельного контакта. 9. Показано, что наличие низкоразмерных структур на поверхности Ge(111) приводит к формированию пиков в запрещенной зоне поверхностных состояний. Предложена теоретическая модель, объясняющая на микроскопическом уровне полученные результаты. 10. Проведен анализ особенностей частотной зависимости импеданса неупорядоченных полупроводников при низких температурах для прыжкового механизма проводимости. Основное внимание уделено наблюдаемым расхождениям между экспериментом и существующей теорией, связанным с видом частотной зависимости вещественной части проводимости в области кроссовера от линейной к квадратичной зависимости (“излом” на кривых зависимости от ), а также с аномально с большими измеряемыми значениями ( - угол диэлектрических потерь). Эти расхождения можно описать на основе подхода, принимающего во внимание как фононный, так и резонансный вклады в проводимость, а также переход к режиму проводимости с постоянной длиной прыжка при частотах, превышающих частоту кроссовера. 11. Развито описание спектра и состояний локализованных на дефектах электронов с учетом внутренней структуры. Построение системы уравнений для их волновых функций в многокомпонентном случайном поле. 12. Исследованы свойства титаната стронция, легированного никелем, с помощью рентгеновской дифракции и XAFS-спектроскопии. Показано, что наиболее устойчивыми фазами в образцах являются однофазный твердый раствор SrTi1-xNixO3 и NiTiO3. По данным EXAFS в однофазном образце SrTi0.97Ni0.03O3 атомы никеля замещают атомы титана и являются центральными. При этом искажений кислородного октаэдра не обнаружено. Анализ спектров XANES показал, что зарядовое состояние никеля в NiTiO3 равно 2+, а в твердом растворе SrTi1-xNixO3 оно близко к 4+. Показано, что наиболее сильное поглощение света в легированных образцах связано с присутствием четырехвалентного никеля в твердом растворе SrTi1-xNixO3. Это легирование представляется наиболее перспективным для преобразователей солнечной энергии, использующих объемный фотовольтаический эффект. 13. Из первых принципов рассчитаны разрывы зон в девяти гетеропереходах, образованных титанатами, цирконатами и ниобатами с кубической структурой перовскита. В расчетах последовательно учтено влияние деформации в контактирующих оксидах на их энергетическую структуру; в рамках GW-приближения рассчитаны поправки к положению краев зон за счет многочастичных эффектов; учтено расщепление края зоны проводимости за счет спин-орбитального взаимодействия. Показано, что пренебрежение многочастичными эффектами может приводить к ошибкам в определении разрывов зон, достигающим 0.36 eV. Продемонстрирована принципиальная несостоятельность гипотезы транзитивности, которая часто используется для определения разрывов зон в гетеропереходах путем сопоставления разрывов зон в паре гетеропереходов, образованных компонентами исследуемого гетероперехода с третьим общим компонентом, и объяснена ее причина. 14. Совместно с отделом микроэлектроники НИИЯФ МГУ проведены исследования влияния условий освещения на внешний квантовый выход кремниевых солнечных элементов (СЭ) с наноструктурированными пленками прозрачных проводящих окислов в качестве просветляющих покрытий. Модернизирована установка для изучения фотопроводимости в базовой области СЭ путем неразрушающих бесконтактных измерений. Собран и отлажен узел установки, предназначенный для освещения СЭ модулированным светом лазеров с длинами волн 808 и 980 нм и измерения модуляции СВЧ волны, отраженной от СЭ. 15. Проведено сравнение эффективностей фотопреобразования базовой области кремниевого СЭ при его освещении с лицевой или тыльной стороны. Расчеты показали, что они могут стать равными в случае предельно высоких значений времени жизни неравновесных носителей в базе и низких значениях поверхностной рекомбинации. Результаты измерений СВЧ фотопроводимости согласуются с расчетными данными. 16. Исследованы изменения структуры, электрических, фотоэлектрических и оптических свойств пленок гидрированного кремния (a-Si:H) после их облучения фемтосекундным лазерным излучением. Показано, что в случае облучения пленок квантами с энергией большей ширины подвижности материала кристаллизация происходит в приповерхностной области пленок. Возникающая неоднородная структура пленок определяет их оптические и фотоэлектрические свойства, в частности, различие проводимости при планарной и сэндвичевой конфигурации контактов. 17. Проведены исследования свойств смесей органических полупроводников, формирующих объемные гетеропереходы (P3HT+PCBM, PTB7+PCBM, PCDTBT+PCBM). Наблюдаемое увеличение фотопроводимости и смещение края поглощения в длинноволновую область спектра для исследованных смесей по сравнению с указанными параметрами для органических полупроводников, формирующих смеси, объясняется возникновением в них так называемых состояний с переносом заряда. Обнаружено метастабильное изменение проводимости пленок P3HT+PCBM, вызванное, по-видимому, светоиндуцированным легированием пленок кислородом. 18. В нелегированных пленках a-Si:H с высокой фоточувствительностью исследованы особенности кинетики релаксации фотоиндуцированной при температурах выше 400К метастабильной темновой проводимости. Проведен сравнительный анализ скоростей релаксации метастабильной проводимости в темноте и при слабой подсветке. 19. Установлено, что особенности релаксации определяются процессами релаксации двух типов метастабильных фотоиндуцированных дефектов – быстрых и медленных, энергетические уровни которых лежат в нижней и верхней половине запрещенной зоны. Показано, что медленный процесс релаксации метастабильной проводимости определяется независимыми процессами термической и фотоиндуцированной релаксации и генерации медленных фотоиндуцированных метастабильных дефектов. Обнаружен эффект фотоиндуцированного отжига медленных метастабильных дефектов – оборванных связей кремния вблизи Si-H связи. 20. Составлен конспект лекций «Двумерные структуры и сверхрешетки в полупроводниках» в формате «Power Point» на 146 слайдах, который является основой для подготовки к изданию учебного пособия. 21. Опубликован обзор об истории создания и развития полупроводниковых источников излучения – светодиодов, как на русском, так и на английском языках . 22. Отредактирован и опубликован выпуск электронного журнала «Ученые записки физического факультета», №2 за 2014 г., содержащий ряд статей по материалам 9-й Российской Конференции "Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы", состоявшейся 13-15 июня 2013г. на Физическом факультете МГУ имени М.В.Ломоносова. 23. Сделан доклад на 38-х «Вавиловских чтениях» в Физическом Институте им. П.Н.Лебедева РАН: Юнович А.Э. «Проблемы исследований и разработок полупроводниковых светодиодов и перспективы их применений». 24. Сделан доклад на заседании Ученого Совета Физического Факультета МГУ в связи с присуждением Нобелевской премии японским ученым за изобретение ярких синих светодиодов и создание белых светодиодов для освещения, а также о работах на Физическом факультете по этой тематике: А.Э.Юнович. Полупроводниковые светодиоды: проблемы исследований, перспективы применений. 25. Исследованы процессы катодолюминесценции (КЛ) в гетероэпитаксиальных структурах GaN/InGaN(МКЯ)/GaN/Al2O3 при 300К и 77К в зависимости от энергии электронов и тока импульсного электронного пучка. 26. Показано, что при проникновении пучка на всю толщину образца в спектре КЛ наблюдаются четыре полосы, образующиеся в результате излучательной рекомбинации экситонов, донорно-акцепторных пар, неравновесных носителей в области множественных квантовых ям и на глубоких примесях. Интенсивность излучения из области квантовых ям более чем на два порядка интенсивнее остальных полос. Показано, что наблюдается послесвечение всех полос, связанное с захватом неравновесных носителей на ловушках, образованных в базовой области гетероструктуры. Полученные результаты представляют интерес при разработке источников света на основе гетероструктур на нитриде галлия, возбуждаемых электронными пучками.