22.02.2023 (13:00) Семинар ИОФ РАН "Актуальная физика", № 5

На конкурс представлена статья:

T.V. Kononenko, K.K. Ashikkalieva, V.V. Kononenko, E.V. Zavedeev, M.A. Dezhkina, M.S. Komlenok, E.E. Ashkinazi, V.V. Bukin, and V.I. Konov "Diamond Photoconductive Antenna for Terahertz GenerationEquipped with Buried Graphite Electrode" Photonics 10, 1 (2023) 75. https://doi.org/10.3390/photonics10010075

Аннотация
Представленная на конкурс работа является продолжением цикла исследований, посвященных созданию источника мощного терагерцового излучения на основе алмаза. Синтетический алмаз, обладающий высокой электрической стойкостью и теплопроводностью, является очень перспективным материалом для терагерцовых источников с рекордными значениями пиковой и средней мощности. В 2022 году из алмаза, легированного азотом, авторами впервые была изготовлена фотопроводящая антенна (ФПА), которая эффективно возбуждалась 2-ой гармоникой Ti:sapph лазера (λ = 400 нм) [1] в отличие от чистого алмаза, работающего в УФ диапазоне. Недавно также удалось преобразовать лазерное излучение ближнего ИК диапазона в ТГЦ излучение благодаря легированию алмаза бором [2].
Следующей критической задачей для достижения максимальной эффективности преобразования являлось создание предельного электрического поля в кристалле. В представленной работе в объеме алмаза с помощью лазерного излучения были созданы глубоко заглубленные графитовые электроды. Комбинируя разные пары электродов, испытывали ФПА с различными межэлектродными зазорами и, соответственно, различной напряженностью прикладываемого поля. Измерение генерируемого ТГц излучения проводилось при варьируемых значениях плотности энергии возбуждения и напряжения смещения. Все рассмотренные ФПА демонстрировали ожидаемую квадратичную зависимость энергии ТГц импульса от напряженности поля, при плотности энергии насыщения ~ 1,2–1,6 мДж/см². Максимальная плотность энергии терагерцового излучения, полученная в экспериментах, достигала 0,04 мкДж/см² при напряженности поля 30 кВ/см.

Дополнительная литература:

1. Chizhov, P.A. et al. "Photoconductive terahertz generation in nitrogen-doped single-crystal diamond". Optics Letters, 47(1), pp.86-89 (2022)
2. В. В. Кононенко и др. "Генерация терагерцового излучения в легированном бором алмазе" Квантовая электроника (принято в печать).

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва
(2) Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Москва
(3) Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Москва
(4) Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва
(5) Университетский Медицинский Комплекс Шарите, Берлин, ФРГ

Исследование структуры водных растворов этиленгликоля и 1,3-пропиленгликоля методом спектроскопии комбинационного рассеяния света

На конкурс представлена статья:
Liubimovskii S.O., Novikov V.S., Ustynyuk L.Yu., Ivchenko P.V., Prokhorov K.A., Kuzmin V.V., Sagitova E.A., Godyaeva M.M., Gudkov S.V., Darvin M.E., Nikolaeva G.Yu. "Raman structural study of ethylene glycol and 1,3-propylene glycol aqueous solutions" Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 285, 121927 (2023)
https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.121927

Презентация доклада

Аннотация:
Практический интерес при исследовании водных растворов этиленгликоля (ЭГ) и 1,3-пропиленгликоля (1,3-ПГ) связан с их широким использованием в качестве антифризов, теплоносителей, криопротекторов, противообледенительных жидкостей для обработки воздушных судов и т.д. В работе впервые предложен метод спектроскопии КР для определения содержаний компонентов водных растворов ЭГ и 1,3-ПГ, основанный на измерении отношений интенсивностей полосы валентных колебаний ОН связей и линий гликолей. Этот метод может быть использован для бесконтактного определения содержания компонентов водных растворов гликолей. Такая возможность является очень востребованной в вышеупомянутых практических применениях. Кроме того, в работе впервые экспериментально показано, что конформационный состав молекул ЭГ и 1,3-ПГ в водных растворах не меняется по сравнению с чистыми гликолями по крайней мере до мольного содержания гликоля 1%. Данный результат подтвержден моделированием методом теории функционала электронной плотности. Впервые показано, что для таких систем нет необходимости учитывать дисперсионные взаимодействия при моделировании. Полученные результаты используются авторами статьи для изучения эволюции структуры растворов гликолей на подложках из различных материалов, включая SERS-подложки, с течением времени. В частности, показано, что конформационный состав молекул ЭГ на подложках такой же, как в водных растворах, а содержание воды быстро уменьшается в течение первых минут после нанесения.

На конкурс представлена статья:
Fedotov P.V., Obraztsova E.D. “Near infrared photoluminescence of the bottom-up produced 7-armchair graphene nanoribbons” Appl. Phys. Lett. 122 (1), 013101 (1-6), (2023).
https://doi.org/10.1063/5.0131405.

Презентация доклада

Аннотация:
Узкие нанополосы графена (НПГ) - новый и наименее исследованный одномерный наноматериал на основе графена. Его несомненным преимуществом является наличие запрещенной зоны, величина которой обратно пропорциональна ширине нанополос. Это свойство позволяет использовать нанополосы не только в наноэлектронике, но и в оптоэлектронике. В работе исследовались фотолюминесцентные свойства узких нанополос графена (шириной 1 нм), синтезированных методом химического газофазного осаждения на основе подхода “снизу-вверх”. Макроскопическое количество узких НПГ было синтезировано оригинальным методом, предложенным авторами работы. Оригинальность метода заключалась в выборе нового материала подложек – Ni (а не Au), и в использовании достаточно низкого уровня вакуума (10-1 Па). Структура и качество синтезированных пленок НПГ были подтверждены наблюдением характерного уникального спектра комбинационного рассеяния света, соответствующего 7а-нанополосам графена. Полученные 7а-НПГ имеют широкую оптическую запрещенную зону с максимумом пика экситонной фотолюминесценции (ФЛ) при 608 нм (2,04 эВ). В то же время суспензии 7а-НПГ имеют яркую ФЛ в инфракрасной области спектра с максимумом пика при 910 нм (1,36 эВ). Относительная интенсивность этого пика увеличивается при добавлении допанта p-типа в раствор НПГ. Энергия этого ФЛ перехода, равная 1,36 эВ, хорошо согласуется с теоретически предсказанной энергией низшего яркого состояния триона в отдельно стоящих 7а-НПГ. Таким образом, экспериментальное наблюдение ФЛ трионов в узких нанополосах графена было реализовано в данной работе впервые в мире. Зависимость ФЛ НПГ от добавления жидкофазного допанта также наблюдалась впервые. НПГ активно используются в различных областях науки и техники, таких как наноэлектроника, конденсаторы и термоэлектрические устройства. Продемонстрированные результаты могут быть полезны для дальнейшего изучения узких НПГ, особенно в оптике, и могут быть полезны в новых приложениях НПГ в области фотоники и оптоэлектроники.

4.  А. Л. Хорошилов (1), К. М. Красиков (1), А.Н. Азаревич (1,2), А.В. Богач(1), В.В. Глушков (1), В.Н. Краснорусский (1,3), В.В. Воронов (1), Н.Ю. Шицевалова (4), В Б. Филипов (4), С. Габани (5), К. Флахбарт (5), Н.Е. Случанко (1)

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

Формирование плоскостей типа {105} в структуре смачивающего слоя Ge/Si (001) как результат действия кинетических факторов роста при релаксации упругих напряжений

На конкурс представлена статья:
Larisa V. Arapkina, Kirill V. Chizh, Vladimir P. Dubkov, Mikhail S. Storozhevykh, Vladimir A. Yuryev. "Evolution of Ge wetting layers growing on smooth and rough Si (001) surfaces: Isolated {105} facets as a kinetic factor of stress relaxation". Applied Surface Science 608 (2023) 155094. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155094

Презентация доклада

Аннотация:
Методами сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и дифракции быстрых отраженных электронов (RHEED) проведено исследование структуры поверхностей смачивающих слоев Ge (WL), полученных в результате роста методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках Si(001), имеющих разный рельеф поверхности. Впервые показано, что в процессе роста Ge WL на шероховатой поверхности Si(001), сформированной из крупных Si островков высотой 2-3 монослоя, наблюдается новая последовательность смены типов реконструкции поверхности (2×1)→(2×N)→(M×N)→(M×N)+отдельные {105} плоскости, ограняющие M×N реконструкцию поверхности. Формирование {105} плоскостей в структуре Ge WL обусловлено не только уменьшением поверхностной энергии смачивающего слоя с увеличением его толщины, но неоднородным распределением его толщины, связанным с шероховатостью исходной поверхности Si. Представлена модель процесса, учитывающая влияние кинетических факторов роста. Результат подтверждает теоретические расчеты о возможности стабилизации {105} плоскостей на поверхности Ge в условиях увеличения упругих напряжений сжатия. Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва

Поливалентное состояние ионов хрома в новом кристалле ортованадата кальция

На конкурс представлена статья:
M.E. Doroshenko, L.I. Ivleva, I.S. Voronina, E.E. Dunaeva, "Polyvalent chromium ions state in new Ca3(VO4)2:Cr single crystal", Journal of Luminescence 253 (2023) 119449, https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119449

Презентация доклада

Аннотация:
Кристаллы ортованадата кальция с витлокито-подобной структурой представляют интерес как новый полифункциональный материал, имеющий разупорядоченную структуру с большим количеством возможных позиций для замещения редкоземельными ионами и ионами переходных металлов. Это позволяет получить достаточно высокую емкость кристалла к активирующим примесям и большое разнообразие локального окружения, выражающееся как в разнообразии возможных валентных состояний активатора, так и в существенно различных оптических свойствах ионов. Анализ полученных спектров поглощения, кинетики затухания люминесценции, время-разрешенных спектров люминесценции и возбуждения в кристалле ортованадата кальция впервые показал, что в выращенном кристалле ионы хрома могут присутствовать в трех различных валентных состояниях: Cr3+, Cr4+ и Cr5+, причем их соотношение определяется условиями синтеза и постобработки. Было показано, что по своим спектральным характеристикам ионы Сr3+ и Cr4+ достаточно близки таковым в известном кристалле форстерита, но характеризуются существенно более коротким временем жизни. Ионы Cr5+, по всей видимости, замещают ионы ванадия в VO4 тетраэдрах. Благодаря широкому спектру люминесценции данный кристалл может рассматриваться как перспективная лазерная матрица для перестраиваемых лазеров в ИК области спектра. При этом возможно получение как широкополосной генерации ионов Cr3+ в диапазоне 800-1000 нм, так и ионов Cr4+ в диапазоне 1100-1400 нм.