| Название: | Развитие микро- и наноразмерных квантовых сенсоров и излучателей на основе оптической радиоспектроскопии широкозонных материалов |
| Грантодатель: | РФФИ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-202 Полупроводники; 02-205 Нано- и микроструктуры; 02-208 Магнитные явления |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Баранов,ПГ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 16-02-00877 |
| Финансирование 2016 г.: | 495 000 |
| Исполнители: |
Анисимов,АН: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Бабунц,РА: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Бундакова,АП: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Ильин,ИВ: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Крамущенко,ДД: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Музафарова,МВ: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Романов,НГ: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Солтамов,ВА: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
Успенская,ЮА: лаб. микроволновой спектроскопии кристаллов (Баранова,ПГ)
|
В проекте предполагается провести поисковые исследования новых типов микро- и наноразмерных сенсоров для диагностики различных физических величин – магнитных и электрических полей, температур - с микро- и наноразмерным разрешением. В качестве активных элементов будут использованы различные точечные дефекты в широкозонных полупроводниках – алмазе и карбиде кремния – обладающие уникальными свойствами оптически индуцированной поляризации спиновых подуровней в основном и возбужденном состояниях и высоким квантовым выходом люминесценции. Наряду с использованием свойств известных азотно-вакансионных (NV) дефектов в алмазе и наноалмазах, будут обнаружены и изучены новые типы вакансионных дефектов в карбиде кремния различных политипов и изотопного содержания, в которых могут быть получены высокие степени поляризации спиновых подуровней. Этот эффект позволит регистрировать магнитный резонанс оптически с высокой чувствительностью вплоть до регистрации одного центра атомарного размера. Поскольку регистрируемые резонансы чувствительны к окружающим локальным магнитным, электрическим полям и локальной температуре, то они могут служить сенсорами с микро- и нанометровым разрешением, определяемым размерами сенсоров. Эти сенсоры особое значение имеют для исследования биологических систем, поскольку спектральный состав оптического возбуждения и люминесценции лежит в полосе прозрачности биологических материалов. Предполагается разработать методы получения как высоких концентраций активных центров в микро- и нанокристаллах алмаза и карбида кремния, так и одиночных активных центров, включая помещение этих центров в микрорезонаторы и метаматериалы. На основе активных центров в алмазе и карбиде кремния будут разработаны микроволновые излучатели и микроволновые усилители микрометровых и нанометровых размеров, в которых будет создаваться оптически или электрически индуцированная инверсная населенность спиновых подуровней. Предполагается, что разрабатываемые сенсоры и излучатели будут эффективны при комнатной температуре и выше комнатной, а также одиночные активные центры могут использоваться для создания источников одиночных фотонов.
В качестве эффективных излучателей в оптическом диапазоне, вплоть до одиночных излучателей, будут исследоваться кристаллы и керамики гранатов, активированные редкоземельными ионами, преимущественно церием. Эти материалы являются эффективными сцинтилляторами для применения их в позитронно-эмиссионой томографии (ПЭТ) и компьютерной томографии (КТ).
В задачу проекта входит разработка и создание исследовательского оборудования по магнитному резонансу, позволяющего исследовать нано- и микроструктуры с малыми концентрациями спинов: высокочастотный электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), включая оптически детектируемый магнитный резонанс (ОДМР), а также ОДМР, совмещенный с конфокальным оптическим микроскопом и зондовым микроскопом.
