| Название: | Излучатели когерентного и квантового света для информационноемкой полупроводниковой нанофотоники |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-202 - Полупроводники |
| Ключевые слова: | нанофотоника, молекулярно-пучковая эпитаксия, широкозонные полупроводники, наноструктуры, квантовые ямы, квантовые точки, нанокристаллы, микрорезонатор, экситон, биэкситон, когерентность, квантовый свет, одиночный фотон, запутанные фотоны, нанолазер |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Иванов,СВ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 14-22-00107 |
| Финансирование 2014 г.: | |
Скорость вычислительных систем, а также надежность и секретность коммуникационных сетей определяют уровень развития мирового сообщества в целом и каждой страны в отдельности. Обмен информацией между пользователями локальной сети в одном учреждении или в планетарном масштабе между континентами осуществляется по одному и тому же принципу и с использованием практически тех же средств. Прогресс в этой области подразумевает активное применение нанофотоники, оперирующей фотонами вместо электронов в качестве носителей информации. Активными элементами нанофотоники являются источники когерентного света (нанолазеры) и источники квантового света, обладающего неклассической статистикой, а именно, одиночных фотонов и запутанных (entangled) пар одиночных фотонов. В настоящее время прогресс в области разработки активных элементов нанофотоники отстает от развития схем и алгоритмов квантовой обработки информации, что связано с рядом объективных трудностей. Их преодоление возможно только при полном контроле над спектром квантовых состояний и обеспечении работы источников при комнатной температуре. Данный проект направлен на исследование физических основ и методов реализации квантовых излучателей для синего, фиолетового, ультрафиолетового (УФ) и глубокого УФ диапазонов. Будут исследоваться активные области излучателей на основе широкозонных полупроводниковых соединений, которые потенциально могут работать при комнатной температуре, причем с высокой скоростью модуляции. В качестве материалов для их создания планируется использовать ряд соединений II-VI в системе Zn(Mg,Cd,S)Se и III-нитридные соединения (GaN, AlN, AlGaN). Для получения источников с нужной частотой излучения, интенсивностью и когерентностью, а также обладающих однофотонной статистикой, планируется детальное теоретическое исследование тонкой структуры экситонного спектра, в том числе биэкситонных и других комплексных состояний, в зависимости от формы наноструктур, их состава и встроенных напряжений и электрических полей. Поставленная задача предполагает развитие прецизионного метода молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) с целью формирования разнообразных наноструктур в качестве активных областей излучателей: квантовых ям (КЯ), квантовых точек (КТ), наноколонн и нанокристаллов. Будут использованы богатые возможности метода МПЭ для управления экситонным спектром в наноструктурах, включая оригинальный метод введения стрессоров для получения локальных напряжений путем осаждения сверхмалых количеств вещества с параметром решетки, резко отличающимся от окружения. Развитие метода дискретной эпитаксии с осаждением слоев толщиной в несколько монослоев и даже имеющих субмонослойную толщину, позволит обеспечить заданный профиль изменения состава наноструктур в направлении роста (градиентного, несимметричного или любого иного). Этот метод дает также возможность создавать размытые профили интерфейсов КЯ и КТ, способствующих подавлению Оже-рекомбинации, являющейся одной из основных причин снижения квантового выхода и мерцания излучения в наноструктурах. Контроль над плотностью КТ в массивах облегчит задачу выделения одиночного излучателя ростовыми и постростовыми методами. Теоретическое и экспериментальное исследование механизмов переноса энергии в неоднородных ансамблях ограниченного числа КТ будет впервые проведено с целью достижения направленного переноса энергии в доминирующую КТ как альтернатива ее пространственному выделению. В качестве эффективных оптических резонаторов, в которых локальная концентрация электромагнитного поля и плотности фотонных мод приводит к существенному увеличению скорости рекомбинации, будут рассмотрены планарные брэгговские структуры и резонаторы с модами шепчущих галерей на основе наноколонн и кристаллов. Формирование всех планируемых типов оптических резонаторов будет осуществляться методом МПЭ без применения какой-либо постростовой обработки, что будет способствовать сохранению высокого структурного качества материала, присущего МПЭ технологии. Исследование полученных образцов предполагается проводить методами спектроскопии с высоким пространственным и временным разрешением при различных температурах и интенсивностях возбуждения - как непрерывного, так и импульсного. Предполагается определение лазерных характеристик образцов при оптическом возбуждении в широком температурном диапазоне. Для исследования статистики фотонов в излучении источников квантового света планируется проведение корреляционных измерений по методике двухфотонной интерферометрии Хэнбери-Брауна-Твисса. На основании анализа экспериментальных данных будет создана скорректированная теория, применимая для расчета дизайна широкозонных квантовых излучателей. В результате выполнения проекта будут заложены основы для создания компактных источников когерентного и квантового света на основе широкозонных полупроводников.
