Гибридные светоизлучающие наноструктуры на основе полупроводниковых нитевидных нанокристаллов III-N материалов

Руководители: Алексей Кузнецов и Талгат Шугабаев 
Проект лабораторий Оптики гетерогенных структур и оптических материалов (зав. лаб. д.ф.-м.н. Липовский Андрей Александрович)
Эпитаксиальных нанотехнологий (зав. лаб. д.ф.-м.н. Цырлин Георгий Эрнстович)

   Сложно представить современный мир без сверхэкономичных светодиодных ламп, телевизоров, смартфонов и т.д. Все эти обыденные вещи объединяет то, что в их основе лежат светоизлучающие компоненты на основе полупроводниковых соединений. В 30-х годах прошлого века Олег Владимирович Лосев, работавший в Нижнем Новгороде, и в дальнейшем в Ленинграде, продемонстрировал явление электролюминесценции и изобрел один из первых прототипов светодиодов. Несмотря на то, что с этого момента прошло не менее 90 лет, современные технологии так и не смогли преодолеть проблему под названием “green gap”. Ее суть заключается в том, что ввиду ограниченного набора подходящих полупроводниковых материалов, в желто-зеленом спектральном диапазоне образуется провал в эффективности светодиодов, что создаёт проблему в создании источников белого света, качественной цветопередачи экранов и т.д.
   Крайне перспективным кандидатом для решения проблемы "green gap" являются нитевидные нанокристаллы (ННК) на основе нитрида галлия (GaN), разбавленного изовалентными элементами, например индием (In). Преимущество ННК, над планарными слоями заключается в возможности их синтеза на рассогласованных по кристаллической структуре подложках и возможности выращивать их практически бездефектными. Суперсовременная технология роста – молекулярно-пучковая эпитаксия позволяет очень точно регулировать химический состав таких ННК, что дает нам возможность изменять спектр излучения, смещая его в желто-зеленую область и создавать ННК различной структуры и геометрии.
   Помимо улучшения свойств светоизлучающего материала, можно модифицировать излучательный элемент путем создания гибридных структур. Серебряные наночастицы (НЧ) обладают крайне интересными свойствами с точки зрения их применения в фотонике. В силу специфики коллективных колебаний электронов внутри НЧ или, как их называют, плазмонов, они способны создавать локальные короткодействующие поля. И, если мы поместим НЧ на поверхность светоизлучающих ННК, то данные поля способны проникать внутрь и усиливать выходящее излучение.
   Основной целью данного проекта является изучение и анализ оптических параметров гибридных структур на основе ННК GaN и серебряных НЧ. Мы расскажем вам о физике процессов фотолюминесценции, плазмонных колебаний и принципах численных расчетов ближних полей.  Реализовав наш проект - Вы научитесь синтезировать коллоидные серебряные НЧ, определять их размеры, анализировать их спектры поглощения, а также проводить измерения интегральных карт фотолюминесценции (ФЛ). С помощью ПО Ansys Lumerical мы численно рассчитаем пространственное распределение электромагнитных полей внутри ННК и проанализируем влияние НЧ на их локализацию.
 
Проект включает в себя следующие этапы: 
- Мини-лекция “Гибридные структуры на основе  полупроводниковых ННК и металлических НЧ”, знакомство с методом FDTD и моделирование;
- Синтез сферических НЧ серебра; 
- Синтез НЧ серебра различных формы и размера;
- Характеризация полученных НЧ (DLS, UV-VIS);
- Перенос одиночных ННК на подложку с метками. ФЛ маппинг;
- Нанесение НЧ серебра на поверхность ННК. ФЛ маппинг;
- Электронная микроскопия полученных наностуктур;
- Моделирование: локальное усиление электрического поля на границе ННК/НЧ;
- Обработка результатов эксперимента/подготовка презентации проекта.