Лаборатория «Низкоразмерные квантовые материалы»

Научные результаты:

1. Исследована модовая структура поляритонной решетки с симметрией Либа. Экспериментально наблюдалась конденсация экситон-поляритонов в плоские энергетические зоны.

2. Исследован фазовый переход от поляритонных солитонов к Бозе-конденсату поляритонов в одномерной поляритонной системе.

3. Разработаны и отлажены технологии создания образцов двумерных Ван-дер-Ваальсовых материалов, гетероструктур и электрически перестраиваемых устройств на их основе, а также технологии интеграции двумерных материалов с нанофотонными резонаторами и волноводами.

4. Исследовано влияние точечного напряжения на энергетический сдвиг экситонных резонансов в монослоях дихалкогенидов переходных металлов.

5. Экспериментально и теоретически исследованы нелинейно-оптические свойства гибридных двумерных чип-совместимых структур на основе монослоев MoSe₂, WSe₂ и WS₂ в режиме сильной связи свет-вещество и продемонстрированы высокие значения нелинейности, которые делают возможным создание в будущем новых типов транзисторов на экситонных поляритонах.

6. Исследована модовая структура экситон-поляритонов в волноводе на базе GaN с квантовыми ямами. Продемонстрировано существование экситон-поляритонов при комнатных температурах.

7. Исследованы нелинейные оптические свойства структурированных нанопленок органо-неорганических перовскитов MAPbI3 и MAPbBr3 в режиме сильной связи свет-вещество. Показано, что сильные поляронные эффекты образом модифицируют экситонные свойства, что приводит к дальнейшему усилению нелинейности. Обнаружены рекордно высокие спектральные сдвиги в экситон-поляритонном спектре более 19 мэВ.

8. В образцах скрученных гетероструктур на основе сплавов атомарно тонких полупроводников экспериментально обнаружены и исследованы экситонные возбуждения с долгоживущей спин-долинной поляризацией.

9. Теоретически предсказаны эффекты сверхбыстрого переключения магнитных доменов в двумерных ферромагнитных материалах CrI₃.

10. Разработана новая экспериментальная методика и созданы прототипы квантовых источников одиночных фотонов на основе локально деформированных монослоев двумерных полупроводников на гибких полимерных подложках.

Внедрение результатов исследования:

• Подана заявка на полезную модель: Долинный транзистор.
• Подана заявка и получен патент на полезную модель: Устройство и способ для прецизионного переноса слоев атомарно тонких материалов любой площади на планарные подложки.
• Подана заявка и получен патент на полезную модель: Источник одиночных фотонов на основе двумерного полупроводника с излучением в нанофотонный волновод.
• Подана заявка на полезную модель: Защитная метка.

Образование и переподготовка кадров:

Защиты: 4 кандидатских диссертации, 4 докторских диссертации, 7 выпускных квалификационных работ студентов.

В рамках реализации проекта на физическом факультете университета ИТМО открыта новая международная магистерская программа «Quantum Materials» (реализуется на английском языке). В учебный план программы включен ряд оригинальных курсов, читаемых сотрудниками лаборатории, и основанных во многом на научной тематике проекта, а именно «physics of low-dimensional materials», «light-matter coupling», «Introduction to many body quantum physics».

Сотрудничество:

• Университет Шеффилда (Великобритания), Новосибирский государственный технический университет (Россия): совместные исследования.
• Foundation for Research and Technology - Hellas (Греция), Наньянский технологический университет (Сингапур): студенческие обмены, совместные исследования.
• Институт физики твердого тела РАН (Россия): совместные исследования.
• Московский физико-технический институт, Сколковский институт науки и технологий (Россия): совместные воркшопы и конференции.