Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
14.Y26.31.0010
Период реализации проекта
2017-2021

По данным на 01.11.2022

27
Количество специалистов
157
научных публикаций
14
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

В последнее время ученым удалось сделать огромный шаг в области создания новых материалов с уникальными оптическими и электронными свойствами. В этой области активно исследуются органо-неорганические материалы с пониженной размерностью (метал-органические каркасы) и перовскиты. На основе них активно разрабатываются такие устройства, как солнечные элементы. С другой стороны, существует альтернативный подход к созданию оптических материалов – искусственные материалы, состоящие из резонансных частиц (нанофотонных структур) и обладающие оптическими свойствами, не встречающимися у природных материалов. Ученые лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники работают над созданием принципиально новых материалов для перспективных оптических устройств, сочетая преимущества обоих направлений. 

Название проекта: Органо-неорганические материалы с интегрированными нанофотонными структурами для перспективных оптических устройств

Цели и задачи
Направления исследований:

  • Оптоэлектронные и оптические устройства на основе органо-неорганических материалов
  • Наноструктуры из органо-неорганических материалов
  • Нанофотоника на основе галоидных перовскитов

Цель проекта: Создание новых материалов для перспективных оптоэлектронных и оптических устройств на основе сочетания преимуществ органо-неорганических материалов и нанофотонных структур, разработка высокоэффективных устройств для нелинейной оптики, а также для оптоэлектроники

Практическое значение исследования

Научные результаты:

Лаборатория является одним из основателей нового направления в России – кремниевая и диэлектрическая нанофотоника для применения в оптоэлектронике, а также нанофотонных устройств на основе полупроводниковых наноструктур. Лабораторией активно исследуются эффекты, связанные с нелинейным взаимодействием мощных фемтосекундных лазерных импульсов с кремнием и другими диэлектриками и полупроводниками. В рамках этого направления показано, что при помощи лазерных импульсов возможно создание всевозможных кремниевых наноструктур. Были также предложены новые нанофотонные устройства для модуляции оптического сигнала дизайнов полупроводниковых наноструктур и опубликованы в ведущих международных изданиях. Лабораторией также впервые экспериментально и теоретически показана возможность прецизионной лазерной перестройки диаграммы направленности рассеяния одиночной «гибридной» (металло-диэлектрической) наноантенны, состоящей из кремниевой и золотой наночастиц, практически во всем видимом диапазоне. Это открыло новые возможности для сверхплотной оптической записи цветовой информации со скоростями присущими самым передовым лазерным технологиям. Более того, успешно разработан ряд методов высокопроизводительного создания различных диэлектрических и гибридных наноструктур для задач нанофотоники. В частности, лабораторией впервые в России был применен метод лазерной печати наночастиц и впервые предложена его существенная оптимизация, удешевляющая технологию, основанная на том, что кристаллические кремниевые наночастицы могут быть получены из недорогих аморфных пленок невысокого начального качества. Также лазерная печать золото-кремниевых наночастиц впервые в мире позволила создавать субволновые источники белого света (длины волн эмиссии от 400 до 950 нм), а также создать на основе них белосветный ближнепольный микроскоп, который позволяет на порядок быстрее проводить сканирование различных нанообъектов в широком диапазоне длин волн по сравнению с коммерчески доступными микроскопами. Данная разработка дополнительно защищена патентом на изобретение. Лабораторией инициировано новое направление – перовскитная нанофотоника, ставящее своей задачей развить новую платформу для генерации, передачи и модуляции оптического сигнала. Действительно, галогенидные перовскиты (например, APbX3, A – это катион (например, Cs или молекулы CH3NH3), а X – это анион на основе одного или нескольких галогенов йода (I), брома (Br) и хлора (Cl)) являются прямозонными полупроводниками, которые обладают высокой квантовой эффективностью люминесценции, гораздо более устойчивой к дефектам кристаллической структуры. Впервые экспериментально продемонстрированы наноантенны и метаповерхности из данного материала, а также показана возможность простой перестройки их оптических резонансов во всем видимом диапазоне за счет вариации галогенов. Использование передовых методов лазерной абляции позволило создавать микродисковые лазеры из перовскитов миллионами за считанные минуты. Также лабораторией впервые разработана концепция интеграции кремниевых наноантенн в перовскитные оптоэлектронные устройства, когда резонансные кремниевые наночастицы улучшили солнечный элемент из органо-неорганического перовскита и довели его эффективность до уровня 21%. Кроме того, продемонстрирован самый компактный в мире полупроводниковый лазер (кубоид с размером 310 нм) с оптической накачкой, работающий при комнатной температуре в видимом диапазоне (длина волны излучения около 530 нм).

Внедрение результатов исследования:

За время существования лаборатории наработан богатый опыт и получен ряд патентов по технологиям изготовления перовскитных устройств оптоэлектроники – светодиодов солнечных элементов. В настоящее время лаборатория сотрудничает с Российским центром гибкой электроники (г. Троицк), который распологает чистыми зонами седьмого класса с промышленными установками для нанесения тонких пленок методами мокрой химии по технологии щелевого капиллярного нанесения (эструзии) slot die, лабораторный вариант которой реализован в лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники. Ожидается, что данное сотрудничество может привести к появлению перовскитных устройств оптоэлектроники на отечественном рынке.

Образование и переподготовка кадров:

  • Подготовлены и защищены 4 кандидатские и 7 магистерских диссертаций.
  • Сотрудники разработали и читают семестровый англоязычный курс для магистров Университета ИТМО «Экспериментальные методы нанофотоники».
  • Руководитель лаборатории С.В. Макаров является организатором ежегодной международной Школы для молодых ученых «SLALOM».

Организационные и инфраструктурные преобразования:

За время первого этапа работы лаборатории в 2017-2019 гг. создан уникальный комплекс измерительных и технологических установок на основе системы перчаточных гловбоксов, полностью оснащенной химической лаборатории, а также систем оптической характеризации наноматериалов и оптоэлектронных устройств. В 2021 году был подготовлен к вводу в эксплуатацию новый химический участок.

Помимо этого, в 2020 году в лаборатории был организован свой небольшой механический участок для оперативного проведения механических, слесарных и технологических работ, неизбежно возникающих при проектировании оптоэлектронных тонкопленочных устройств и разработке технологических оснасток для их изготовления и характеризации.

Сотрудничество:

Городской университет Гонконга, Харбинский инженерный университет (Китай), Римский университет Тор Вергата (Италия), Австралийский национальный университет (Австралия): совместные исследования.

Скрыть Показать полностью
P. Tonkaev, I.S. Sinev, M.V. Rybin, S.V. Makarov, and Yuri Kivshar
“Multifunctional and Transformative Metaphotonics with Emerging Materials” Chemical Reviews (2022) [IF= 72.087]
V. A. Milichko, S.V. Makarov, A. V. Yulin, A.V. Vinogradov, A.A. Krasilin, E. Ushakova, and P.A. Belov,
“van der Waals Metal‐Organic Framework as an Excitonic Material for Advanced Photonics”. Advanced Materials 29(12), 1606034 (2017) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201606034/full [IF= 30.849]
G. Zograf, M. Petrov, S. Makarov, Y. Kivshar
“All-dielectric thermonanophotonics” Advances in Optics and Photonics 13, 643 (2021) https://opg.optica.org/aop/fulltext.cfm?uri=aop-13-3-643&id=459213 [ IF= 20.107 ]
A.Berestennikov, P.Voroshilov, S.Makarov, Y.Kivshar
“Active meta-optics and nanophotonics with halide perovskites” Applied Physics Reviews 6(3), p.031307 (2019) https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5107449 [IF= 21.43] (selected as ‘Featured Article’)
A. Marunchenko, M. Baranov, E.V. Ushakova, D. Ryabov, A. Pushkarev, D. Gets, A.G. Nasibulin, S. Makarov
“Single‐Walled Carbon Nanotube Thin Film for Flexible and Highly Responsive Perovskite Photodetector” Advanced Functional Materials pp. 2109834 (2021) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202109834 [IF = 18.808]
A. Furasova, P. Voroshilov, G.Baranov, P. Tonkaev, A. Nikolaeva, K. Voronin, L. Vesce, S. Makarov, Aldo Di Carlo
“Mie-resonant mesoporous electron transport layer for highly efficient perovskite solar cells” Nano Energy 106484 (2021) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521007370?via%3Dihub [IF = 19.069]
A. Zhizhchenko, S. Syubaev, A. Berestennikov, A.V. Yulin, A. Porfirev, A. Pushkarev, I. Shishkin, K. Golokhvast, A.A. Bogdanov, A.A. Zakhidov, A.A. Kuchmizhak, Y.S. Kivshar, S.V. Makarov
“Single-Mode Lasing from Imprinted Halide-Perovskite Microdisks” ACS Nano 13(4), 4140-4147 (2019) https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08948 [IF= 15.881]
P. Franceschini, L. Carletti, A. Pushkarev, F. Preda, A. Perri, A. Tognazzi, A. Ronchi, G. Ferrini, S. Pagliara, F. Banfi, D. Polli, G. Cerullo, C. De Angelis, S. Makarov, C. Giannetti
«Tuning the Ultrafast Response of Fano Resonances in Halide Perovskite Nanoparticles» ACS Nano, 4 (10), 13602-13610 (2020) [DOI: 10.1021/acsnano.0c05710] [IF= 15.881]
Trofimov P, Pushkarev AP, Sinev IS, Fedorov VV, Bruyère S, Bolshakov A, Mukhin IS, Makarov SV.
“Perovskite-Gallium Phosphide Platform for Reconfigurable Visible-Light Nanophotonic Chip” ACS Nano 14, 7, 8126–8134 (2020) [IF= 15.881] https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c01104
Tiguntseva E, Koshelev K, Furasova A, Tonkaev P, Mikhailovskii V, Ushakova EV, Baranov DG, Shegai T, Zakhidov AA, Kivshar Y, Makarov SV.
“Room-Temperature Lasing from Mie-Resonant Non-Plasmonic Nanoparticles” ACS Nano 14(7), 8149-8156 (2020) https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01468 [IF= 15.881]
Медиа
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория ультра широкозонных полупроводников

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» - (НИТУ МИСиС)

Технологии материалов

Москва

Кузнецов Андрей Юрьевич

Швеция

2022-2024

Лаборатория ионоселективных мембран

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова - (МГУ)

Технологии материалов

Москва

Амедюри Брюно Мишель

Франция

2022-2024

Лаборатория нейроэлектроники и мемристивных наноматериалов

Южный федеральный университет - (ЮФУ)

Технологии материалов

Таганрог

Пак Бэ Хо

Корея

2022-2024