Лаборатория спиновой физики двумерных материалов

Научные результаты:

• Определены основные спиновые параметры нанокристаллов перовскита CsPbBr₃: g факторы электрона и дырки, времена спиновой дефазировки, время продольной спиновой релаксации.
• В нанокристаллах перовскитов CsPb(Cl,Br)₃ в матрице фторфосфатного стекла обнаружено состояние с очень маленьким значением g-фактора (~0,07), связанное с пространственно-непрямым экситоном. Данное состояние характеризуется рекордным для перовскитов временем продольной спиновой релаксации, достигающим миллисекунды.
• Исследованы основные оптические и спиновые свойства гибридных органо-неорганических монокристаллов перовскитов FA_0.9Cs_0.1PbI_2.8Br_0.2. Измерены g факторы и времена спиновой дефазировки для электронов и дырок, исследовано сверхтонкое взаимодействие электронных (дырочных) и ядерных спинов, продемонстрирована динамическая ядерная поляризация. Установлено, что ядерное поле, действующее на электроны и дырки, имеет противоположные знаки и сверхтонкое взаимодействие ядерных спинов с электронными спинами гораздо слабее, чем с дырочными. Исследована продольная спиновая релаксация и определено время Т₁, которое достигает 80 нс.
• В двумерном перовските (PEA)₂PbI₄ обнаружена интенсивная фотолюминесценция, которая состоит из нескольких линий. Некоторые линии, предположительно, приписываются экситонам и трионам. Определены g-факторы для экситонной и трионной компонент, g=-0.35 и 1.05, соответственно. Обнаружен эффект линейного выстраивания для экситонной компоненты фотолюминесценции и его зависимость от магнитного поля в случае геометрии Фогта.
• Определены g-факторы коллоидных нанопластин из 3х и 4х монослоев (1.9 и 1.8, соответственно, при комнатной температуре). Показано, что g-факторы незначительно увеличиваются при увеличении температуры: на 0.1 при изменении температуры от 10 до 300 К. Определены времена дефазировки спинового ансамбля T₂^*, отвечающие за затухание спиновой прецессии вокруг магнитного поля. Обнаружено, что время продольной спиновой релаксации T₁ превышает 10 нс даже при комнатной температуре.
• Освоено получение монослоев дихалькогенидов переходных металлов большой (тысячи и десятки тысяч мкм²) площади методами отслоения через металлический посредник, сборка гетероструктур из них, экспресс-фотолитография по данным материалам. Поскольку многие из этих материалов разлагаются на воздухе, собрана установка для создания гетероструктур в перчаточном боксе, фактически созданы новые для России технологические компетенции.
• Собран и охарактеризован микрорезонатор из макроскопических диэлектрических брэгговских зеркал с монослоем WSe₂ в качестве активной среды. Расстройку между фотонной и экситонной модами можно регулировать при помощи пьезоэлектрических нанопозиционеров. При нерезонансном фотовозбуждении в спектре люминесценции микрорезонатора наблюдается нижняя поляритонная ветвь и излучение на фотонной моде в режиме слабой связи.
• В монослое MoS₂, исследовав пространственно-временную динамику свободных и связанных экситонов, было обнаружено, что связанные экситоны имеют большое время жизни (до 1 мкс) по сравнению со свободными экситонами (до 30 пс). Распространение связанных экситонов имеет субдиффузионный характер, в то время как свободные экситоны при комнатной температуре имеют диффузионный характер распространения. Поведение связанных экситонов можно объяснить моделью на основе учета оже-рекомбинации экситонов.
• Разработана пикоакустическая методика зондирования упругих свойств двумерных кристаллов и гетероструктур на их основе, которая применена к структурам с нитридом бора и WSe₂. Продемонстрирована возможность определения количества монослоев и двумерного картирования с помощью данной методики. Продемонстрирована высокая акустическая добротность исследованных гетероструктур, что означает, что данные структуры перспективны для концентрации акустического поля.

Образование и переподготовка кадров:

Подготовлены и защищены 1 докторская и 2 кандидатские диссертации.

Аспиранты ФИАН проходили стажировку в лаборатории ведущего ученого в Техническом университете Дортмунда.

Сотрудничество:

• Технический университет Дортмунда (Германия): совместные исследования, визиты сотрудников.
• Гентский университет (Бельгия), Швейцарская высшая техническая школа Цюриха (Швейцария), Университет Сорбонна (Франция), Университет ИТМО (Россия): изготовление образцов для исследований.
• ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербургский государственный университет (Россия): совместные исследования.