Лаборатория «СпинОптроника»

Научные результаты:

• Обнаружен квазиравновесный эффект близости, осуществляемый вследствие p-d обменного взаимодействия между магнитными атомами ферромагнетика и дырками в полупроводниковой квантовой яме. В ходе эксперимента показано, что такое взаимодействие переносится эллиптически поляризованными фононами ферромагнетика.
• На основании открытого эффекта разработана методика электрического контроля намагниченности гибридных гетероструктур с целью управления их магнитными и электрическими свойствами через электрические контакты на поверхности.
• Обнаружено и изучено новое явление – возникновение макроскопического магнитного момента в немагнитных полупроводниковых нанокристаллахCdSe, обусловленное образованием поверхностных магнитных поляронов. Теоретически предсказаны различные сценарии формирования поверхностного магнитного полярона в немагнитных полупроводниковых нанокристаллах.
• Обнаружены новые поверхностные центры рекомбинации в промышленных пластинах кремния, а также в полевых транзисторах и в кремниевых фотодетекторах – с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса. Определена симметрия и параметры новых центров и установлены их модели.
• Установлены механизмы спиновой релаксации марганца в ферромагнитном полупроводнике Ga(Mn)As. Развита теория спиновой релаксации, которая может быть применена для других ферромагнитных полупроводников.
• Создан криомагнитный ближнепольный сканирующий оптический микроскоп (КМ-БСОМ) работающий в спектральном диапазоне 300–1000 нм при температурах 1,5–300 К и магнитных полях до 12 Т. Использование КМ-БСОм позволило обнаружить Вигнеровскую локализацию электронов, а также установить возникновение электронных мод шепчущей галереи в одиночных InP/GaInP квантовых точках.
• Разработан и запущен спектрометр электронного парамагнитного резонанса, оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) 2-мм и 3-мм диапазона (95 и 130 ГГц); создан ОДМР спектрометр на основе конфокального микроскопа с высоким пространственным разрешением (на субмикронном уровне).

Внедрение результатов исследования:

Разработаны и запатентованы следующие продукты: оптический магнитометр и спектрометр электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) с увеличенной разрешающей способностью. Область применения разработанных приборов включает широкий спектр исследовательских задач химии и физики.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Совместно с СПбГУ и Техническим университетом Дортмунда (Германия) лаборатория СпинОптроника участвовала в создании первого российско-германского центра совместных исследований International Collaborative Research Centre (ICRC). Совместный проект TRR 160 «Coherent manipulation of interacting spin excitations in tailored semiconductors» поддержан фондами DFG и РФФИ сроком на 12 лет.

Образование и переподготовка кадров:

• Разработаны и внедрены 3 курса лекций, которые читают сотрудники Лаборатории в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого: «Физика дефектов», «Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса», «Специальные вопросы физики полупроводников и физики конденсированного состояния».
• Ежегодно в Лаборатории проходят стажировку от 5 до 10 студентов, от 5 до 10 аспирантов и от 1 до 5 молодых ученых.
• Проведено 5 научных школ: 1. Совещание-школа «Спиновая физика», посвященное научной и педагогической деятельности И. А. Меркулова (2014 г.) 2. Международная школа-конференция Single Dopants (2014 г.) 3. Совещание по теории полупроводников (2016 г.). 4. Международная конференция Spin Physics, Spin Chemistry and Spin Technology (2015 г.). 5. Международная школа-семинар «Экситоны в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах», приуроченная к 120-й годовщине со дня рождения Е. Ф. Гросса (2017 г.).
• Защиты: 3 докторские диссертации, 4 кандидатские диссертации, 4 выпускные квалификационные работы магистра.

Сотрудничество:

• Технический университет Дортмунда (Германия): совместные исследования, студенческие обмены, совместные научные мероприятия
• Немецкое научно-исследовательское общество (Германия): совместные проекты в рамках реализации грантов
• Университет Нотр-Дам (США), Университет Турку (Финляндия), Университет Кэйо (Япония): совместные работы по спектроскопии одиночных полупроводниковых квантовых точек, по динамической поляризации ядерных моментов в кремнии, по исследованию парамагнитных центров на поверхности и в объеме кристаллов кремния
• Университет Тулузы (Франция), Государственный университет в Мехико (Мексика): совместная работа, в которой проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния сверхтонкого взаимодействия в глубоком парамагнитном центре на спин-зависимую рекомбинацию и оптическую ориентацию в полупроводнике
• Институт физики металлов УрО РАН (Россия): совместные работы по исследованию дефектов в полупроводниковых материалах
• Лаппеенрантский технологический университет (Финляндия): совместные работы по спиновой релаксации в полупроводниковых материалах