Об этом рассказал президент Российской академии наук академик Александр Сергеев на общем собрании РАН. Ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН разработали наноструктуры с квантовыми точками «германий в кремнии» с контролируемыми параметрами и модифицировали эти структуры металлическими метаповерхностями. 

 
Это позволило преобразовать внешнее инфракрасное излучение в поверхностные плазмон-поляритонные волны. Свойства получившихся многослойных нанообъектов позволяют в десятки раз увеличить чувствительность фотодетекторов и эффективность излучателей света для ближнего и среднего инфракрасного диапазонов длин волн. Инфракрасные фотодетекторы и излучатели применяются в системах волоконно-оптической связи, приборах ночного видения.

Схематическое изображение массива металлических нанодисков Au или Al на поверхности структуры кремний-на-изоляторе с квантовыми точками германия 
 
Схематическое изображение массива металлических нанодисков Au или Al на поверхности структуры кремний-на-изоляторе с квантовыми точками германия
В исследовательской работе принимали участие специалисты Новосибирского государственного университета, Томского государственного университета, Научно-практического центра по материаловедению НАН Беларуси. Результаты опубликованы в журналах «Scientific Reports», «Journal of applied physics», «Физика и техника полупроводников», «Письма в ЖЭТФ». 

 
Работа проводилась в рамках проекта – «стомиллионника»: «Квантовые структуры для посткремниевой электроники», победившего в конкурсе Минобрнауки России по приоритетным направлениям научно-технологического развития РФ, исследования поддержаны Российским научным фондом и Российским фондом фундаментальных исследований. 

 
«Он (научный результат ― прим. авт.) получен в Институте физики полупроводников СО РАН. Там были созданы гетероструктуры, где на подложках кремния с квантовыми точками германий-кремний были добавлены двумерные периодические массивы металлических нанодисков из золота или алюминия. Оказывается, такая структура имеет уникальные светоизлучающие и детектирующие (сенсорные ― прим. авт.) характеристики благодаря возникновению сильных плазмонных эффектов. С учетом этих явлений удалось повысить квантовую эффективность фотоприемников на основе новых гетероструктур в 40 раз ― в ближнем инфракрасном диапазоне и в 15 раз ― в среднем инфракрасном диапазоне», ― отметил президент РАН. 

 
Александр Михайлович Сергеев добавил, что у результатов большая практическая значимость, так как для изготовления таких структур можно использовать развитую кремниевую технологию. Именно кремниевая технология позволяет выпускать современные производительные гаджеты и компьютеры.

Поперечный разрез фотодетектора c регулярным массивом нанодисков золота или алюминия на структурах кремний-на-изоляторе 
 
Поперечный разрез фотодетектора c регулярным массивом нанодисков золота или алюминия на структурах кремний-на-изоляторе
Полупроводниковые излучатели и фотоприемники в ближнем и среднем инфракрасных диапазонах используются в системах волоконно-оптической связи, мониторинга поверхности Земли из космоса, наблюдения за космическими объектами с поверхности Земли и космических станций. Для создания полупроводниковых излучателей и фотоприемников в инфракрасном диапазоне в основном применяются соединения А3В5 (например, арсенид галлия, арсенид галлия-индия). Но эти соединения весьма сложно синтезировать на кремниевых подложках, в отличие от вышеописанных структур с квантовыми точками «германий в кремнии». 

 
«Мы давно работаем со структурами “германий-кремний” и умеем создавать упорядоченные, строго контролируемые массивы квантовых точек, “способные” к детектированию и излучению света в инфракрасном диапазоне. Объединив нашу технологию с последними достижениями в области плазмоники, мы добились многократного увеличения фотолюминисценции германий-кремниевых квантовых точек. Структуры с квантовыми точками “германий в кремнии” создавались на основе методов формирования упорядоченных ансамблей квантовых точек для усиления поглощения или излучения света полем упругих деформаций и введением локальных уровней в квантовые точки. Затем эти структуры с квантовыми точками были сопряжены с двумерными периодическими металлическими решетками субволновых нанодисков либо отверстиями в металлической пленке. Металлические нанодиски или отверстия в металлической пленке выступали в качестве метаповерхностей, позволяющих преобразовать внешнее электромагнитное излучение в поверхностные плазмон-поляритонные волны», — прокомментировал соавтор исследования, заведующий лабораторией ИФП СО РАН, член-корреспондент РАН Анатолий Васильевич Двуреченский.

Типичные изображения в сканирующем электронном микроскопе золотых (слева) и алюминиевых (справа) нанодисков на поверхности кремния с указанным масштабом длины 500 nm 
 
Типичные изображения в сканирующем электронном микроскопе золотых (слева) и алюминиевых (справа) нанодисков на поверхности кремния с указанным масштабом длины 500 nm
Компоненты плазмоники и метаматериалов совместимы с электронными микросхемами благодаря используемым в плазмонике субволновым размерам и электропроводящим материалам. Поэтому плазмонные наносхемы обладают высоким потенциалом в миниатюризации интегрированных фотонных схем, обеспечивая связь между электроникой и фотоникой. 

 
Квантовые точки — трехмерные фрагменты нанометровых размеров полупроводника, в котором носители заряда (электроны или дырки) локализованы и не могут свободно двигаться, во всех направлениях. Воздействуя на квантовую точку переменным электрическим полем, можно обеспечить испускание фотонов — миниатюрные источники излучения либо протекание электрического тока электронов — фотодетекторы. 

 
Плазмон ― это псевдочастица, квант (неделимая порция) колебания свободных электронов в металле. Плазмонный эффект (резонанс) ― резонансные колебания электронов в металлических пленках, длина волны которых определяется строением пленки и диэлектрической функцией используемых металлов. 

 
Работы велись в рамках проектов РНФ (№ 19-12-00070) и РФФИ (№ 18-52-00014).
 
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН

 

Источники

Найден способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
Научная Россия (scientificrussia.ru), 21/04/2021
Плазмонные наносхемы
Академгородок (academcity.org), 22/04/2021
Сибирские физики придумали как увеличить эффективность приборов ночного видения
Infopro54.ru, 22/04/2021
Разработка сибирских физиков поможет эффективнее наблюдать за космическими объектами
ЧС Инфо (4s-info.ru), 22/04/2021
Ученые из Сибири нашли способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
НИА Новосибирск (54rus.org), 22/04/2021
Найден способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
Российский научный фонд (rscf.ru), 22/04/2021
Найден способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
Российский научный фонд (рнф.рф), 22/04/2021
Сибирские физики нашли способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
Поиск (poisknews.ru), 22/04/2021
Новосибирские ученые создали уникальные наноструктуры с квантовыми точками
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 22/04/2021
Найден способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
Nanonewsnet.ru, 23/04/2021
Сибирские физики нашли способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
Открытая наука (openscience.news), 23/04/2021
Найден способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне
Cd-bar.com, 30/04/2021

Похожие новости

  • 17/05/2021

    В стремлении к свету. Сибирские физики многократно повысили эффективность оптических приборов

    Кремниевые технологии – вершина того, что разработано для микро- и наноэлектроники. Но, по оценкам ученых, функциональные пределы кремниевой элементной базы совсем скоро будут достигнуты. Поэтому уже сегодня ученые всего мира создают структуры, работающие на основе новых физических принципов, в частности, с использованием квантовых эффектов.
    685
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    5061
  • 09/07/2021

    Год науки и технологий/Наука и университеты: Специализированные учебные научные центры погружают детей в прикладную науку

     В Год науки и технологий Правительство РФ внесло на рассмотрение Государственной Думы законопроект о финансировании специализированных учебных научных центров (СУНЦ) из федерального бюджета, а не через систему грантов, как это было раньше.
    563
  • 02/09/2020

    РАН обсудит утрату права на экспертизу работы крупнейших научных и учебных центров

    ​Сегодня президиум Российской академии наук (РАН) соберется на «экстренное заседание», посвященное угрозе значительного урезания полномочий академии. Разработанный Минобрнауки проект правительственного постановления освобождает ряд организаций от обязательной научной экспертизы со стороны РАН — речь идет прежде всего о Курчатовском институте, а также подведомственных правительству МГУ, СПбГУ и НИУ ВШЭ.
    718
  • 16/07/2020

    ИФП СО РАН: подробности о деятельности подразделений и перспективах для молодых сотрудников

    ​Принять новых сотрудников готовы двадцать семь научных подразделений института, среди которых две молодежные лаборатории ― ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики и нанотехнологий и наноматериалов.
    1192
  • 29/01/2021

    Для кого Томск и наука неразделимы: об академике Николае Ратахине

    Список всего, что успел сделать за годы научной деятельности Николай Ратахин (а ему недавно исполнилось 70 лет), весьма внушительный. Одно перечисление достижений ученого в любимой им сфере займет не одну страницу.
    693
  • 13/12/2019

    В РАН прошел совет по Стратегии научно-технического развития РФ

    ​В Академии наук прошел совет по приоритетному направлению Стратегии научно-технического развития РФ: «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии».
    2025
  • 29/03/2018

    Флагманские проекты ИАиЭ СО РАН обсудили на научно-технической сессии

    ​13-14 марта 2018 года в ИАиЭ СО РАН состоялась научно-техническая сессия "Флагманские проекты Института автоматики и электрометрии СО РАН в 2018 г. - состояние и перспективы". На сессии присутствовали представители администрации Новосибирска и области, Сибирского отделения РАН, институтов СО РАН, Новосибирского государственного университета, предприятий и организаций, сотрудничающих с ИАиЭ.
    3154
  • 14/05/2019

    От электрона к фотону: ИФП СО РАН — 55

    ​​Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
    1591
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    3407