Семинар ИОФ РАН "Актуальная физика", № 13

Дата и время: 31 января 2024 г., 13:00

Место проведения: ИОФ РАН, Москва, ул. Вавилова, д. 38, корп. 1, конференц-зал

Руководитель семинара: Демишев Сергей Васильевич, д.ф.-м.н., профессор, руководитель научного направления «Квантовые материалы, технологии и фотоника».

Секретарь семинара: Николаева Гульнара Юрьевна, к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник.

Семинар проходит в смешанном режиме. По вопросам участия в онлайн формате обращаться к секретарю семинара Николаевой Гульнаре по электронной почте: nikolaeva@kapella.gpi.ru до 12:30 31.01.2024.

С приглашенным докладом «Резонансные нелинейности в коллоидных растворах нанокристаллов CdSe разной морфологии» выступит Смирнов Александр Михайлович, доктор физико-математических наук, доцент кафедры физики полупроводников и криоэлектроники физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Регламент выступления – 1 час (40 минут доклад, 20 минут вопросы).

Будет проведено награждение грамотами победителей конкурса лучших работ, опубликованных учёными ИОФ РАН. Регламент – 10 минут.

Будут представлены доклады по лучшим работам, опубликованным учёными ИОФ РАН, отобранные комиссией Учёного Совета ИОФ РАН. Регламент конкурсных выступлений – не более 15 мин доклад и 5 мин – обязательная дискуссия.

Программа семинара

1. Н.Г. Гусейн-заде. Награждение грамотами победителей конкурса лучших работ, опубликованных учёными ИОФ РАН

2. А.М. Смирнов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Резонансные нелинейности в коллоидных растворах нанокристаллов CdSe разной морфологии

Аннотация

В докладе представлены результаты исследования фундаментальных физических процессов, ответственных за нелинейные оптические свойства коллоидных растворов полупроводниковых нанокристаллов, при их взаимодействии с лазерным излучением. В исследуемых низкоразмерных полупроводниковых нанокристаллах возможно управление оптическими и электронными свойствами путём воздействия оптическими методами при комнатных температурах. Помимо квантовых точек (КТ), особый интерес для исследователей представляет сравнительно новый тип наночастиц – полупроводниковые коллоидные легированные нанокристаллы, нанокристаллы в виде тетраподов и нанокристаллы планарной геометрии (нанопластинки). Эти наносистемы отличаются возможностью перестройки оптических резонансов, высокой энергией связи экситонов, а также возможностью эффективной перекачки энергии между резонансами.

Определение величин оптических нелинейностей и фундаментальных свойств новых наноструктур является ключевым фактором для использования их преимуществ при создании и улучшении характеристик широкого круга оптоэлектронных устройств, таких, как солнечные батареи, сверхчувствительные сенсоры, дисплеи, лазерные системы и компоненты, системы освещения, биосенсоры, широкополосные оптические телекоммуникационные системы, оптические переключатели, оптические ограничители и т.д.

В работе исследована модуляция экситонного поглощения с насыщением в коллоидных КТ, обусловленная процессом заполнения состояний, экситон-фононным взаимодействием, поглощением возбужденными носителями и низкочастотным штарковским сдвигом. В коллоидных нанопластинках CdSe/CdS при увеличении интенсивности лазерного возбуждения установлено уменьшение поглощения экситонных переходов, связанных с лёгкими, тяжёлыми и спин-орбитально отщеплёнными дырками, которое объяснено процессом заполнения фазового пространства экситонов, сопровождаемым экситон-фононным взаимодействием и обменом энергией между экситонами. Ограничение амплитуды модуляции поглощения в нанопластинках связано с экситон-экситонным взаимодействием, приводящим к ускоренной релаксации экситонов. В гетероструктурных нанотетраподах CdTe/CdSe выявлен зависящий от интенсивности накачки коротковолновый сдвиг линии фотолюминесценции на непрямом оптическом переходе. В коллоидных нанотетраподах CdSe установлена зависимость темпа роста и интенсивности насыщения примесной фотолюминесценции от степени легирования атомами меди.

3. Б.И. Денкер (1), М.П. Фролов (2), Б.И. Галаган (1), В.В. Колташев (3), Ю.В. Коростелин (2), В.Г. Плотниченко (3), М.В. Суханов (4), С.Е. Сверчков (1), А.П. Вельмужов (4)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
(2) Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Москва, Россия
(3) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М.Дианова, Москва, Россия
(4) Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г.Девятых РАН, Нижний Новгород, Россия

Сенсибилизация 5 – 6 мкм люминесценции ионов Nd³⁺ с помощью ионов Tb³⁺ в селенидном стекле

На конкурс представлена статья:

“Sensitization of 5–6 μm Nd³⁺ luminescence in selenide glass by Tb³⁺ ions”, B.I. Denker, M.P. Frolov, B.I. Galagan, V.V. Koltashev, Yu.V. Korostelin, V.G. Plotnichenko, M.V. Sukhanov, S.E. Sverchkov, A.P. Velmuzhov, Journal of Luminescence 263 (2023) 120056, DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120056

Аннотация

Одним из самых известных активаторов твердотельных лазерных сред являются трехвалентные ионы неодима. 1.06 мкм неодимовые лазеры до сих пор остаются одними из самых востребованных и распространенных лазеров. Вопрос получения генерации на более длинноволновых электронных переходах неодима, если и рассматривался периодически специалистами, то преимущественно в теоретическом плане. Вместе с тем, как показали исследования, ионы Nd3+в матрицах с коротким фононным спектром могут проявлять интенсивную люминесценцию в 5-6 мкм области, в частности на переходе ⁴I_11/2 - ⁴I_9/2. Однако прямая оптическая накачка этого перехода осложнена неудобным расположением полос поглощения неодима в средней ИК области спектра (1.7 и 2.4 мкм, на которых нет доступных и эффективных лазеров). В настоящем исследовании предложено использовать ионы Tb³⁺ в качестве эффективных сенсибилизаторов 5-6 мкм люминесценции ионов неодима на переходе ⁴I_11/2 - ⁴I_9/2 в селенидных стеклах. Ионы Tb³⁺ удобно накачивать Er:YAG лазерами с длиной волны 2.9 мкм, а также тулиевыми лазерами и лазерными диодами с длинами волн 1.9-2 мкм. В работе было установлено, что в селенидных стеклах имеет место эффективный безызлучательный перенос энергии от Tb³⁺ к Nd³⁺, но при комнатной температуре он сочетается с обратным процессом переноса от Nd³⁺ к Tb³⁺, что затрудняет достижение инверсии на рассматриваемом переходе. Однако при охлаждении образца до температуры жидкого азота передача энергии от Tb³⁺ к Nd³⁺ становится необратимой. Предложенная схема сенсибилизации должна позволить разработать лазеры на неодимовом селенидном стекле, излучающие в области ~ 6 мкм.

Презентация доклада

4. Е.Е. Ашкинази (1), С.В. Федоров (2), А.К. Мартьянов (1), В.C. Седов (1), Р.А. Хмельницкий (3), В.Г. Ральченко (1), С.Г. Рыжков (1), А.А. Хомич (4), М.А. Мосянов (2), С.Н. Григорьев (2), В.И. Конов (1)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия
(2) Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия
(3) Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия
(4) Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Россия

Износ режущего инструмента на основе карбида вольфрама с алмазоподобными и микро/нано поликристаллическими алмазными покрытиями при обработке композиционного сплава Al/SiC

На конкурс представлена статья:

Ashkinazi E.E., Fedorov S.V., Martyanov A.K., Sedov V.S., Khmelnitsky R.A., Ralchenko V.G., Ryzhkov S.G., Khomich A.A., Mosyanov M.A., Grigoriev S.N., Konov V.I., “Wear of Carbide Plates with Diamond-like and Micro-Nano Polycrystalline Diamond Coatings during Interrupted Cutting of Composite Alloy Al/SiC”, Journal of Manufacturing and Materials Processing (2023), 7(6), p. 224. DOI: 10.3390/jmmp7060224

Аннотация

Авторским коллективом из ИОФ РАН увеличена эффективность применения инструмента из сплава WC+Co при прерывистом фрезеровании металло-матричного композита (ММК) на основе силумина с 18% SiC (А-390). Данный ММК благодаря своей высокой удельной прочности активно используется в аэрокосмических конструкциях. Найдено рациональное сочетание предварительной подготовки и осаждения мультислойных микро/нано-кристаллических алмазных плёнок в СВЧ плазме с использованием газовой смеси метан-водород-азот для обеспечения оптимального сочетания свойств поверхности, участвующей в контактном взаимодействии, и режимами работы режущего инструмента.

Прямое осаждение алмазной пленки на пластины WC+Co затруднено каталитическим действием Co на алмаз, способствующим образованию графита и снижению прочности сцепления. В работе продемонстрировано гибкое применение метода Мураками и Каро для химического травления кобальта в подложках WC+Co (CoroMill200) перед нанесением алмазного покрытия. Последующее магнетронное нанесение барьерного слоя из вольфрама (600 нм) с предварительной ионной обработкой на границе между подложкой и покрытием предотвратило нежелательное взаимодействие углерода и кобальта и позволило снизить остаточные термические напряжения за счет практически одинаковых коэффициентов теплового расширения карбида вольфрама и твердого сплава.

Ключевым отличием данной работы от результатов других мировых научных групп-конкурентов является значительное увеличение износостойкости инструмента. Экспериментально получены зависимости величины износа режущей пластины CoroMill200 от длины резания L, карты EDS и REM показали классический характер изнашивания, включая зоны приработки, установившегося и критического износа. Для инструментов без покрытия время обработки до достижения режущей кромкой критического значения износа составило Т = 400 с при скорости резания 800 м/мин, что соответствует длине резания L = 8,5 м; эффект для алмазоподобных пластин с покрытием ncATiCrN/Si3N4 + DLC увеличился в два раза (Т = 800 с, L = 17 м), а для пластин с мультислойным CVD алмазным покрытием увеличилcя в четыре раза при достижении критерия износа (Т = 1600 с, L = 34 м). Установлено, что для инструмента с CVD алмазным покрытием характерен механизм абразивного износа, в то время как механизм мягкого истирания, характерный для твердосплавных и алмазопобных покрытий, сопровождаемый выдавливанием кобальтовой связки, полностью подавлен. Анализ распределения углерода по поверхности изношенных образцов показал 12-ти кратное увеличение площади, сохранившейся после испытаний CVD алмазной пленки, по сравнению с аналогичной площадью для алмазоподобной плёнки

Презентация доклада

5. В.П. Калинушкин, О.В. Уваров, Н.Н. Ильичев, М.И. Студеникин, А.А. Гладилин, Э.С. Гулямова, В.В. Туморин

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия

Метод контроля качества монокристалла ZnSe по зависимости мощности люминесценции экситонов от мощности возбуждающего излучения при двухфотонном ее возбуждении

На конкурс представлена статья:

Victor Kalinushkin, Oleg Uvarov, Nikolay ll'ichev, Mikhail Studenikin, Andrey Gladilin, Elmira Gulyamova, Victor Tumorin, Pavel Pashinin. Quality control method for a ZnSe single crystal by the dependence of the exciton two-photon luminescence power on the power of the exciting radiation. Journal of Luminescence, Vol. 263, P. 120121, November 2023. DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120121.

Аннотация

В настоящей работе были изучены зависимости мощности люминесценции краевого излучения в кристаллах ZnSe и ZnSe:Fe²⁺ от мощности возбуждающего излучения (ВИ) при двухфотонном поглощении. Было обнаружено, что степень данной зависимости в легированных и нелегированных образцах различается, причем, чем больше концентрация легирующей примеси, тем сильнее отличие. Результаты исследования показали, что значение показателя степени зависимости обуславливается наличием уровней в запрещенной зоне, ассоциированных с примесно-дефектными центрами (ПДЦ) в образцах. Таким образом, более высокая концентрация ПДЦ в легированном образце по сравнению с нелегированным кристаллом объясняет различие поведения степени зависимости от мощности ВИ.

Исследование имеет большую практическую значимость, так как результаты могут быть использованы для оценки качества полупроводниковых кристаллов с точки зрения плотности ПДЦ в них. Предложенная методика может стать основой метода качественной и количественной оценки качества полупроводниковых образцов по плотности всех имеющихся в кристалле рекомбинационо-активных центров (включая структурные дефекты типа дислокаций, границ зерен и т.д.).

Научная новизна исследования заключается в том, что проведен анализ зависимости мощности люминесценции экситонов от мощности возбуждающего излучения при двухфотонном поглощении в кристаллах ZnSe и ZnSe:Fe²⁺. Предложена математическая модель, описывающая наблюдаемый эффект. Результаты работы позволяют оценивать качество полупроводниковых кристаллов в объеме без разрушения образца и могут быть использованы для контроля производства полупроводников.

Вклад ученых ИОФ РАН заключается в:

1. разработанной методике двухфотонной конфокальной микроскопии;
2. изученной зависимости мощности экситонной двухфотонной люминесценции от мощности возбуждения (P_lumPⁿ_ex) в ZnSe и ZnSe:Fe. n (индекс мощности) находится в пределах 4–5 во всем диапазоне мощностей возбуждающего излучения в образце ZnSe:Fe²⁺ и близок к 2 при высоких мощностях возбуждения в ZnSe;
3. разработанной математической модели описания зависимости мощности люминесценции краевого излучения в кристаллах ZnSe и ZnSe:Fe²⁺ от мощности ВИ.

6. Е.А. Добрецова, О.К. Алимов, С.Я. Русанов, В.В. Кашин, В.Б. Цветков

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия

Селективная лазерная спектроскопия иттриевого скандата, легированного редкоземельными ионами, со структурой биксбиита

На конкурс представлена статья:

Dobretsova E.; Alimov O.; Rusanov S.; Kashin V.; Tsvetkov V. “Selective Laser Spectroscopy of the Bixbyite-Type Yttrium Scandate Doped by Rare-Earth Ions”. Materials 2023, 16 (21), 6829. DOI: 10.3390/ma16216829

Аннотация

В настоящей работе методом минипьедестала с лазерным нагревом получены кристаллические волокна иттриевого скандата (YScO₃), легированного редкоземельными (РЗ) ионами. Методами селективной лазерной спектроскопии в каждом из кристаллов обнаружены три типа оптически-активным центров, связанных с ионами Nd³⁺ или Tm³⁺. Выявлены характерные особенности РЗ центров, сделаны предположения о природе их образования.

Большой интерес к кристаллам из семейства перовскитов, активированным ионами редкоземельных элементов, обусловлен уникальным сочетанием их оптико-физических и спектроскопических свойств, которые в совокупности могут обеспечить высокую эффективность генерации и широкую область спектральной перестройки (в интервале от ~1.8 до 2.0 мкм для ионов тулия и 1,03 - 1,15 для ионов неодима). Использование новых кристаллов позволяет создать как лазеры, излучающие на конкретных требуемых длинах волн (из возможного диапазона для каждого иона), так и создать лазеры, эффективно работающие в режиме синхронизации мод с излучением ультракоротких импульсов генерации

Презентация доклада

7. С.В. Кузнецов (1), Ю.А. Ермакова (1), К.Н. Болдырев (2), В.С. Седов (1), А.А. Александров (1), В.В. Воронов (1), С.Х. Батыгов (1), Н.Ю. Табачкова (1,3)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия
(2) Институт спектроскопии Российской академии наук, Троицк, Москва, Россия
(3) НИТУ МИСИС, Москва, Россия

Однофазные нанопорошки Sr_0.85-xBa_xEu_0.15F_2.15: исследование структуры и рентгенолюминесцентных характеристик

На конкурс представлена статья:

S.V. Kuznetsov, Yu.A. Ermakova, K.N. Boldyrev, V.S. Sedov, A.A. Alexandrov, V.V. Voronov, S.Kh. Batygov, A.D. Rezaeva, A.R. Drobysheva, N.Yu. Tabachkova. “Single-Phase Nanopowders of Sr_0.85-xBa_xEu_0.15F_2.15: Investigation of Structure and X-ray Luminescent Properties” / Ceramics International. 2023. V. 49, Is. 23. P. 39189-39195. DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.09.262.

Аннотация

Увеличение количества синхротронов и рентгеновских лазеров на свободных электронах приводит к необходимости разработки новых сцинтилляторов и визуализаторов мощных источников рентгеновского излучения. Одним из новейших подходов является создание композиционных материалов на основе алмаза с внедренными рентгенолюминесцентными наночастицами. Выбор алмаза обусловлен его прозрачностью в рентгеновском диапазоне, химической инертностью и высокой теплопроводностью. Количество внедряемых в алмаз наночастиц не велико, в связи с чем они должны обладать интенсивным люминесцентными откликом. Внедряемые редкоземельные ионы должны демонстрировать люминесцентный отклик в зелено-красной области спектра. Одним из подходящих ионов является европий, обладающий несколькими полосами люминесценции в заданном диапазоне длин волн. Интенсивность рентгенолюминесценции твердых растворов в ряду CaF₂:Eu→SrF₂:Eu→BaF₂:Eu увеличивается, в то время как методами растворной химии невозможно синтезировать BaF₂:Eu по причине образования в ходе синтеза двух фаз BaF₂ и Ba₄Eu₃F₁₇.

В работе предложен новый подход по увеличению интенсивности рентгенолюминесценции наночастиц на основе щелочноземельных фторидов, легированных европием, посредством усложнения химического состава. Предложена замена стронция на барий, приводящая к утяжелению молекулярного веса вещества с сохранением структурного типа кристаллической решетки.

В результате методами рентгенофазового анализа впервые определена широкая область существования однофазных твердых растворов Sr_0,85-xBa_xEu_0,15F_2,15 (0 < с флюоритовой структурой. Параметры кристаллической решетки образцов после синтеза и термообработки при 600 °С продемонстрировали линейные зависимости от содержания бария в твердом растворе. Впервые выявлена концентрационная зависимость интенсивности рентгенолюминесценции от содержания бария и определен состав Sr_0,35Ba_0,50Eu_0,15F_2,15 с наибольшим люминесцентным откликом.

Синтезированные методом осаждения из водных растворов с последующей термообработкой при 600 °С наночастицы по данным просвечивающей электронной микроскопии и рентгенографии были слабоагломерированными со средним размером около 50 нм и подходящими для внедрения в алмазную матрицу

Презентация доклада

По всем вопросам выступления на семинаре, заказа пропусков (желательно не позднее, чем за два дня) и участия в онлайн формате обращаться к Николаевой Гульнаре по электронной почте: nikolaeva@kapella.gpi.ru.

Для заказа пропуска или участия в семинаре в онлайн формате необходимо указать ФИО полностью и место работы. Для прохода на территорию ИОФ РАН необходимо иметь с собой действующий российский паспорт.

Заявки на онлайн участие принимаются строго до 12:30 31 января 2024 г.

Секретарь семинара
Николаева Гульнара