Регистрация / Вход
Прислать материал

Проведение исследований фотоннокристаллических материалов с управляемыми диэлектрическими, магнитными и оптическими свойствами

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2009 - 2011, 25 мес.
Бюджетные средства
13,5 млн
Внебюджетные средства
2,7 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ИФ СО РАН

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Логинов Юрий Юрьевич

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 30.09.2009
Результаты работы на первом этапе:
Вычислена корреляционная функция слоистой ферромагнитной системы с двумерными (2D) фазовыми неоднородностями. Показано, что эффект асимметрии амплитуд и ширин пиков функции Грина на краях щели в спектре волн, возникающий под действием 2D неоднородностей, имеет место в многослойной системе на границах всех нечетных зон Бриллюэна. Этот эффект может быть использован на практике при изучении неоднородностей в сверхрешетке.
Исследованы теоретически особенности спектра пропускания одномерного фотонного кристалла (ФК) с дефектным слоем, заполненным нематическим жидким кристаллом (ЖК) с гомеотропной ориентацией. Расчеты выполнены с учетом неоднородности показателя преломления ЖК в дефектном слое, которая обусловлена деформацией директора под действием магнитного поля. Показано, что с увеличением магнитного поля спектр пропускания ФК для е-моды смещается в длинноволновую область. Экспериментально исследованы особенности перестройки спектра дефектных мод мультислойной ФК/ЖК/ФК структуры, помещенной между скрещенными поляризаторами, при переориентации нематика из гомеотропного в планарное состояние. Установлено, что на выходе из оптической системы при спектральном совмещении ортогонально поляризованных дефектных мод может реализоваться как интерференционное усиление, так и гашение интенсивности излучения, в зависимости от разности их порядковых номеров. Продемонстрирован эффект переключения оптического состояния ячейки, обусловленный интерференцией поляризованных компонент излучения, который можно использовать для изготовления ФК элементов с управляемым светопропусканием.
Показаны возможности изменения кривых дополнительного пропускания в запрещенной зоне резонансного ФК за счет изменения плотности резонансного газа или положения резонансной частоты относительно края запрещенной зоны. Процессами пропускания можно также эффективно управлять путем варьирования угла падения лазерного излучения. В практических приложениях такие резонансные ФК могут быть перспективны для создания узкополосных фильтров с перестраиваемыми характеристиками, спектральных призм с увеличенной дисперсией при построении новых типов оптических устройств.
Изучены изменения спектров плазмонного поглощения наноструктурированных коллоидов на различных этапах их кристаллизации. На примере лиозолей серебра проанализировано влияние отдельных параметров кристаллизующейся дисперсной системы на форму контура полосы плазмонного поглощения.
Предложен новый подход для определения равновесной конфигурации магнитных моментов в конденсированной среде из ее дискретной модели. Решение этой задачи сводится к системе линейных неоднородных уравнений с неопределенными множителями Лагранжа. С использованием степенного метода показана возможность численного решения таких систем. Эффективность метода продемонстрирована на модели тонкой магнитной пленки с неоднородным распределением по площади одноосной магнитной анизотропии.
Развернуть
2
01.10.2009 - 01.12.2009
Результаты работы на втором этапе:
Исследовано влияние кросскорреляций между неоднородностями параметров обмена и магнитной анизотропии на спектр и затухание спиновых волн в ферромагнетике. Рассмотрены одно- и трёхмерные неоднородности. Показано, что положительные кросскорреляции приводят к увеличению модификации закона дисперсии и увеличению затухания спиновых волн. Отрицательные корреляции приводят к обратным эффектам: уменьшению модификации закона дисперсии и уменьшению затухания волн.
Исследованы особенности рамановского усиления при распространении света через одномерный ФК с дефектом, содержащим трехуровневые атомы. Показано, что при интенсивности накачки меньше порогового значения в спектре пропускания и отражения пробного (рамановского) излучения одновременно возникают узкие пики. При этом коэффициенты пропускания и отражения могут быть больше единицы. Пик в пропускании превращается в узкий провал, когда интенсивность накачки превышает порог. Комбинация рамановского усиления с ФК резонаторами может быть полезной для различных применений, например, для достижения большой задержки пробного импульса, при создании рамановских лазеров нового поколения и атомных часов. Предсказанные эффекты могут наблюдаться в холодных атомах, в том числе и для единичных атомов, помещенных в дефект ФК.
Предложен и реализован метод амплитудной модуляции света, проходящего через ФК/ЖК структуру в спектральной области фотонно запрещенной зоны. Показано, что использование ориентационного перехода в дефектном слое нематика в режиме В-эффекта (из гомеотропного состояния в планарное) позволяет получить лучшее интерференционное гашение поляризованных дефектных мод, и, следовательно, более высококонтрастную модуляцию проходящего излучения, чем в случае режима S-эффекта (переход из планарного в гомеотропное состояние).
Исследовано влияние дефектов типа вакансий, дислокаций и междоузлий на спектры экстинкции коллоидных кристаллов из плазмонно-резонансных наночастиц серебра. Исследование кристаллизации наноколлоидов выполнено методом броуновской динамики, а расчеты спектров поглощения – методом связанных диполей и мультиполей. Рассмотрена возможность экспресс-контроля с помощью спектров экстинкции как отдельных, так и комбинированных дефектов. Показано, что отдельные типы дефектов проявляют индивидуальные особенности в спектре.
Исследован спектр пропускания одномерного резонансного ФК для электромагнитных волн ТМ- и ТЕ-поляризации. Методом трансфер-матрицы изучена структура спектров дополнительного пропускания в запрещенной зоне резонансного ФК с учетом затухания электромагнитных мод. Показано, что сочетание дисперсии атомарного газа с дисперсией структур с фотонными запрещенными зонами представляет возможности эффективного управления спектром пропускания подобных комбинированных систем за счет изменения плотности резонансного газа, положения резонансной частоты относительно края запрещенной зоны, угла падения света.
Исследовано влияние технологических условий на основные магнитные характеристики нанокристаллических пленок кобальта, полученных методом химического осаждения. Измерение эффективной намагниченности насыщения, одноосной анизотропии, коэрцитивной силы и других характеристик локальных участков пленок проведены на сканирующем спектрометре ферромагнитного резонанса в дециметровом диапазоне длин волн. Разработана методика приготовления подложек и найдены оптимальные технологические условия синтеза тонких пленок, позволяющие существенно уменьшить степень магнитных неоднородностей по площади и по толщине образцов. Показана возможность значительного уменьшения ширины линии ферромагнитного резонанса с целью увеличения магнитной проницаемости пленок в заданном диапазоне сверхвысоких частот.
Разработаны методические указания к курсу «Современные устройства наноэлектроники» с привлечением партнера проекта – ОАО «ИСС». Проведена модернизация программы научно-исследовательской работы студентов НОЦ «Институт космических исследований и высоких технологий» на базе регулярной научной стажировки на 3 – 6 курсах в лабораториях Института физики СО РАН с использованием элементов сквозной тематики исследований.
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
Развитие теории кросс-корреляций между модулями случайных функций с целью ее последующего приложения к исследованию кросс-корреляций между неоднородностями различных размерностей в сверхрешетках. Учет влияния неоднородного распределения электрического поля при переориентации директора нематического слоя в режиме В-эффекта на спектр пропускания ФК/ЖК/ФК структуры. Изучение возможности применения эффекта ионной
модификации поверхностного сцепления нематика в мультислойном ФК под действием электрического поля для управления спектром дефектных мод ФК структуры. Исследование температурных фазовых переходов коллоидных
кристаллов по спектрам плазменного поглощения. Расчет зонной структуры и собственных мод двумерного резонансного ФК, элементы которого представляют собой бесконечные по длине диэлектрические цилиндры, образующие квадратную решетку, наполненную резонансным газом. Исследование статических и динамических свойств тонкопленочных наноструктур численными методами на основе микромагнитных моделей. Разработка методов приготовления образцов нанокристаллических материалов и гетероэпитаксиальных
структур с использованием технологии и устройств Gatan Precision Etching/Coating System (PECS), Gatan Precision Ion Polishing System (PIPS), Gatan Disc Girnder и Gatan Dimple Grinder для электронно-микроскопичеких исследований.
Развернуть
4
01.07.2010 - 01.12.2010
Теоретическое исследование влияния неоднородностей параметров магнитной анизотропии и обмена на спектр спиновых волн и СВЧ восприимчивость ферромагнетиков. Исследование оптического переключения в фотонном кристалле с дефектным слоем, содержащим высоко дисперсионную
непоглощающую среду. Исследование особенностей перестройки спектра пропускания ФК/ЖК/ФК структуры с использованием эффекта динамического рассеяния света. Исследование структурной трансформации неупорядоченных 3D агрегатов наночастиц при их осаждении на подложку и влияния этого процесса на оптические спектры деформируемых агрегатов. Расчет зонной структуры и собственных мод двумерного резонансного ФК, элементы которого представляют собой бесконечные полые цилиндрические отверстия, заполненные
резонансным газом и образующие квадратную решетку в диэлектрической матрице. Разработка конструкций высокодобротных микрополосковых
резонаторов с управляемыми спектральными характеристиками, содержащих в качестве активных элементов или сред полупроводники, жидкие кристаллы, магнитные пленки и пленки высокотемпературных сверхпроводников. Исследование методами просвечивающей и растровой электроной микросокпии фотоннокристаллических и гетероэпитаксиальных структур слоев в растровом и просвечивающем электронных микроскопах JEOL JSM7001F и JEOL JEM-2100.
Развернуть
5
01.01.2011 - 30.04.2011
Развитие теории влияния неоднородностей с анизотропными
корреляционными свойствами на спектр и затухание волн в сверхрешетках. Исследование предельных переходов к одно-, двух- и трехмерным неоднородностям. Экспериментальное исследование оптических свойств
ФК/ЖК/ФК структуры в условиях перехода Фредерикса под действием поля световой волны. Исследование самоорганизации наночастиц серебра в
плазмонно-резонансные оптические нановолноводы на электростатически функционализированных иэлектрических подложках. Исследование особенностей спектра собственных возбуждений двумерного ФК с дефектом структуры и элементами, представляющими собой бесконечные диэлектрические цилиндры и образующими квадратную решетку в диэлектрической матрице.
Разработка технологических условий для синтеза тонкопленочных наноструктур с заданными характеристиками. Проведение технико-экономической оценки полученных результатов. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс. Исследование тонких пленок, кристаллов, наноструктур и приборов методами электронной микроскопии, анализ отказавших и потенциально-ненадежных приборов методами наведенного тока и рентгеновского микроанализа. Изготовление на основе фотоннокристаллических структур перспективного частотно-селективного СВЧ устройства.
Развернуть
6
01.05.2011 - 30.08.2011
Приложение теории, развитой на 3-ем этапе к исследованию влияния кросс-корреляций между неоднородностями различных размерностей на спектр волн в сверхрешетках. Исследование особенностей перестройки спектра пропускания мультислойного фотонного кристалла с использованием слоя капсулированного полимером ЖК в качестве дефекта. Закономерности формирования периодических коллоидных структур на диэлектрической подложке методом подвижного мениска. Разработка и исследование перспективных
фотоннокристаллических полосковых и микрополосковых конструкций электрически управляемых устройств СВЧ-электроники: фильтров, амплитудных и фазовых манипуляторов, устройств защиты от радиоимпульса. Разработка технологических основ выращивания тонких пленок и наногетероструктур в условиях глубокого вакуума с использованием метода молекулярно-лучевой эпитаксии. Подготовка заключительного отчета о НИР. Подготовка методики технологической отработки в космосе нового устройства на борту студенческого малого космического аппарата. Разработка документации по проведению Эксперимента в космосе совместно с партнером ОАО «ИСС».
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
3,32 млн
Организация
ЮЗГУ
профинансировано
Тема
Нелинейно-оптические свойства фотоннокристаллических наноструктур, интегрированных в оптоволоконные системы.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
0
Тема
Создание и исследование фотоннокристаллических структур с управляемыми спектральными свойствами для устройств опто- и СВЧ-электроники.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
0
Тема
Разработка основ технологий создания фотонных кристаллов на основе инвертированных опаловых матриц с управляемой кросс-корреляцией оптических, магнитных и электрических свойств
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка зондово-оптического спектрометра магнитного резонанса для исследования свойств наноструктур.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1
Тема
Химические и биохимические нанореакторы для проведения магнитно-управляемых реакций.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1