Аспирантам

Оптические методы обработки информации рассматриваются как перспективный путь дальнейшего развития вычислительных систем. Для их реализации необходимы среды с большой оптической нелинейностью. В работе предполагается экспериментальное исследование и теоретическое моделирование свето-экситонного взаимодействия и резонансной оптической нелинейности в эпитаксиальных наноструктурах на основе GaAs/AlGaAs/InGaAs. Исследования будут проводиться в лаборатории Оптики спина СПбГУ и Техническом университете г. Дортмунда (Германия) в рамках проекта РНФ №19-72-20039 «Резонансные оптические нелинейности в планарных полупроводниковых гетероструктурах с сильным свето-экситонным взаимодействием» и Российско-Германского проекта ICRC (см. сайт www.solab.spbu.ru ). Аспиранты принимаются на работу в лабораторию Оптики спина на должность инженера-исследователя (0. 5 ставки).

В рамках проекта РФФИ №19-02-00576а «Исследование фундаментальных характеристик свето-экситонного взаимодействия в высококачественных полупроводниковых наноструктурах методами оптической спектроскопии с субпикосекундным временным разрешением» проводятся экспериментальные исследования экситонных состояний методами стационарной спектроскопии во внешних электрических и магнитных полях. Для понимания результатов исследований необходимо численное моделирование экситонных состояний. Задача является очень непростой, поскольку требует решение 4-мерного, а в некоторых случаях и 5-ти мерного, уравнения Шредингера. Для этого необходимо использовать, или разработать самостоятельно, эффективные алгоритмы решения задачи, что позволит проводить вычисления на персональном компьютере. В ряде случаев потребуется выход на мощные компьютеры. Успешное решение этих задач в совокупности с оригинальными экспериментальными данными позволит публиковать научные результаты в ведущих мировых журналах. Исследования будут проводиться в лаборатории Оптики спина СПбГУ в рамках указанного проекта РФФИ и в Техническом университете г. Дортмунда (Германия) в рамках Российско-Германского проекта ICRC (см. сайт www.solab.spbu.ru ). Аспиранты принимаются на работу в лабораторию Оптики спина на должность инженера-исследователя (0. 5 ставки).

Исследования нейронного механизма ближней пространственной ориентации животных удостоены Нобелевской премии 2014 года. В то же время, биофизические и нейрофизиологические механизмы ориентации и навигации животных на тысячекилометровых расстояниях во время сезонных миграций (например, осенних и весенних перелётов птиц) пока не выяснены. Наибольший прогресс достигнут в исследовании магнитного компаса птиц, позволяющего им определять положение сторон света в пасмурную погоду, однако и здесь физика датчика магнитного поля остаётся неизвестной (хотя имеется несколько более или менее правдоподобных теорий). Мы ведём такие исследования в сотрудничестве с биологами в течение нескольких лет (работа поддерживается Российским научным фондом), соперничая с несколькими лабораториями в Европе и Америке. Эксперименты с живыми птицами в период осенней миграции показывают высокую чувствительность их магнитного компаса к слабым переменным магнитным полям в мегагерцовом диапазоне частот. В то же время, приложение более сильных переменных полей к препаратам некоторых частей головы птицы приводит к возникновению нелинейного магнитного отклика, обусловленного наличием магнитных структур, предположительно построенных из нанокристаллов биогенного магнетита. Для того, чтобы связать одно с другим и определить структуру и физические принципы работы биологического датчика магнитного поля, надо исследовать эти явления на моделях – как физических (различных структурах из искусственно созданных магнитных наночастиц магнетита), так и численных. Эти исследования и составят содержание аспирантской работы, которая, в случае удачи, должна завершиться (помимо защиты кандидатской диссертации) докладом на Международной конференции по навигации животных в 2022 году, публикацией в Nature и Нобелевской премией (последнее научный руководитель гарантировать не берётся). Исследования будут проводиться в лаборатории Оптики спина СПбГУ, Институте эволюционной физиологии и биохимии им. Сеченова и Петербургском институте ядерной физики в рамках гранта РНФ № 16-14-10159 «Механизм работы магнитного компаса мигрирующих птиц». Аспиранты принимаются на работу в лабораторию Оптики спина на должность инженера-исследователя (0. 5 ставки).

В наших предыдущих исследованиях было установлено, что спектры спиновых шумов атомарного цезия при резонансном зондировании обнаруживают ряд новых эффектов (таких как гомогенизация доплеровского контура линии, резонанс шумов выстраивания на удвоенной ларморовой частоте, множественность шумовых резонансов на кратных частотах), проявление которых в сильной степени зависят от условий спиновой релаксации на границах объема (на стенках кюветы) и от геометрических характеристик рабочего объема. Для выяснения характера этого влияния и интерпретации наблюдаемых аномалий будут проведены исследования спиновых шумов в ультратонких кюветах с сильной пространственной анизотропией скорости спиновой релаксации, а также в кюветах с антирелаксационными покрытиями. Как показывает наш опыт, шумовая спектроскопия паров щелочных еще таит в себе множество загадок и способна постоянно удивлять нас новыми неожиданными эффектами.

Спиновый ансамбль в полупроводниковых наноструктурах, перспективных для создания элементов квантовых компьютеров, является сложным и состоит из нескольких подансамблей, тесно взаимодействующих друг с другом. Это подансамбли свободных носителей, экситонов, ядерный спиновый резервуар. Поиск способов эффективного управления спиновой когерентностью в таких ансамблях является той фундаментальной научной проблемой, в рамках которой будут проводиться исследования. В качестве модельных систем будут изучаться наноструктуры с высококачественными квантовыми ямами, в которых взаимодействие электронного спина с ядерным спиновым ансамблем пренебрежимо мало, и наноструктуры с квантовыми точками, в которых, напротив, сверхтонкое взаимодействие играет ключевую роль. Основным методом исследования будет изучение магнито-оптического нестационарного эффекта Фарадея. Эксперименты будут проводиться в лаборатории Оптики спина Санкт-Петербургского Государственного Университета и в лаборатории отдела Экспериментальной физики Технического Университета г. Дортмунда (Германия) в рамках совместного проекта РФФИ-DFG(см. сайт www.solab.spbu.ru ). Аспиранты принимаются на работу в лабораторию Оптики спина на должность инженера-исследователя (0. 5 ставки).
Исследования будут проводиться в рамках гранта РФФИ № 19-52-12059 ННИО_а «Управление когерентностью сложных спиновых ансамблей в полупроводниковых наноструктурах».

Помимо проблемы записи и считывания оптической информации в спиновых ансамблях в полупроводниковых наноструктурах, существует другая, не менее важная проблема хранения когерентного состояния в течениекак можно более длительных времен. Время жизни когерентного состояния в спиновом аснсамбле ограничивается различными процессами дефазировки спинов. В работе будут исследованы механизмы потери когерентности спинов резидентных носителей в квантовых ямах, квантовых точках и эпитаксиальных слоях, приводящих к сокращению времени хранения оптической памяти, с помощью эффектов спин-зависимого фотонного эха. Будут исследованы обменное взаимодействие спинов резидентных носителей друг с другом и сверхтонкое взаимодействие со спинами ядер решетки структуры, влияющих на спиновую когерентность резидентных носителей.

Эксперименты будут проводиться в лаборатории Оптики спина Санкт-Петербургского Государственного Университета и в лаборатории отдела Экспериментальной физики Технического Университета г. Дортмунда (Германия) в рамках совместного проекта РФФИ-DFG (см. сайт www.solab.spbu.ru ). Аспиранты принимаются на работу в лабораторию Оптики спина на должность инженера-исследователя (0. 5 ставки).
Исследования будут проводиться в рамках гранта РФФИ № 19-52-12046 ННИО_а «Динамика четырехволнового смешения с участием спинов».