Лаборатория оптики спина им. И. Н. Уральцева

Научные результаты:

1. Методами ближнепольной оптической интерферометрии люминесценции конденсата была экспериментально продемонстрирована возможность задания в кольцевом токе экситон-поляритонного конденсата слабой связи в полупроводниковом микрорезонаторе на основе AlGaAs в форме цилиндрического пиллара.
2. Показано, что используя сильную обратную связь в электронно-ядерной спиновой системе в однократно заряженных квантовых точках, можно привести неоднородный ансамбль электронных спинов в состояние с одночастотной ларморовской прецессией в поперечном магнитном поле. При этом высокопериодическое оптическое возбуждение приводит к сильному уменьшению амплитуды флуктуаций ядерной спиновой системы и к увеличению времени жизни электронной спиновой поляризации.
3. Была получена минимальная величина ядерной спиновой температуры менее 1 мкК, достигнутой в результате адиабатического размагничивания в постоянном магнитном поле во вращающейся системе координат.
4. Была разработана методика изготовления устройства, демонстрирующего бозе-эйнштейновскую конденсацию экситонных поляритонов на основе MoSe₂ при использовании оптической накачки при криогенной температуре.
5. Разработана уникальная экспериментальная методика спектроскопии спинового шума, позволяющая изучать поведение ядерных спинов внутри кристаллического вещества. Методика позволяет осуществлять невозмущающую томографию спиновой динамики парамагнитных сред с оптическим разрешением. Техника применима для бесконтактной векторной магнитометрии внешних и внутренних магнитных полей в образцах. Спектроскопия спиновых шумов успешно применена для исследования пространственных и спектральных корреляций спиновых ансамблей, в том числе для исследования статистических характеристик новейшего источника лазерного излучения – поляритонного лазера.
6. Предложен новый тип лазера – бозонный каскадный лазер, излучающий субмиллиметровые электромагнитные волны. Эти волны имеют широкое применение в телекоммуникациях и медицине. Обычный лазер основан на эффекте стимулированного излучения, то есть на бозе-стимуляции оптического перехода, а в предложенном лазере эффект бозе-стимуляции используется дважды: один раз для стимуляции оптического перехода образом, второй – для формирования макроскопически заселенного излучающего состояния, что должно значительно улучшить характеристики бозонного лазера.
7. Экспериментально получен незатухающий кольцевой ток сверхтекучей свето-жидкости. Полученное состояние является макроскопическим проявлением квантовых законов, аналогично сверхпроводимости и сверхтекучести. Благодаря своей свето-материальной природе полученное состояние имеет обширные перспективы применения в квантовых симуляторах и оптических компьютерах.
8. Открыт новый эффект долгоживущей оптической памяти в полупроводниковой структуре на основе записи информации в спиновой системе с помощью стимулированного фотонного эха в магнитном поле. В этом методе перенос информации из оптического поля в спиновую систему происходит непосредственно и при помощи эффекта стимулированного фотонного эха. В зависимости от экспериментальных условий и выбора структуры время хранения информации может варьироваться от пикосекунд до десятков наносекунд.

Внедрение результатов исследования:

• Получены два патента на полезные модели «Излучатель терагерцовых электромагнитных волн» и «Устройство для получения когерентных терагерцовых электромагнитных волн».

• Зарегистрированы две заявки на полезные модели и заявка на патент на изобретение.

Образование и переподготовка кадров:

• Разработаны 5 спецкурсов для студентов магистратуры и бакалавриата: «Спиновая динамика полупроводниковых наноструктур», «Техника и компьютеризация оптического эксперимента», «Электрические свойства полупроводников», «Сверхбыстрая спектроскопия полупроводниковых гетероструктур», «Физика и технология эпитаксиальных систем».

• Организована научная стажировка в лаборатории для магистрантов и аспирантов.

• Подготовлены и защищены 2 докторские и 7 кандидатских диссертаций, 12 выпускных квалификационных работ магистра.
• В лаборатории ежегодно проводится около 40 научных семинаров.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Построены и полностью оборудованы три криогенные оптические лаборатории.

Другие результаты:

Научный руководитель лаборатории А.В. Кавокин является председателем и организатором многих международных научных конференций, а также сопредседателем научного форума «Наука будущего – наука молодых».

Сотрудничество:

• Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (Россия): совместные международные проекты и научные публикации.
• Саутгемптонский университет (Великобритания): совместные научные исследования и публикации.
• Westlake Institute for Advanced Study (Китай): совместные научные исследования.

Также лаборатория сотрудничает с Техническим университетом Дортмунда (Германия), Университетом Монпелье 2 (Франция), Университетом Крита (Греция).