Проект 19-72-20039

Тип проекта: РНФ
Название проекта: «Резонансные оптические нелинейности в планарных полупроводниковых гетероструктурах с сильным свето-экситонным взаимодействием»
Руководитель проекта: И.В. Игнатьев
№ РНФ: 19-72-20039
Начало проекта: 2019
Конец проекта: 2022
Исполнители:
Ф. С. Григорьев
М. С. Кузнецова
А. В. Трифонов
М. Н. Батаев
П. А. Белов
М. А. Чукеев
Б. Ф. Грибакин
А. В. Михайлов
Д. Ф. Мурсалимов

Аннотация: Оптические методы обработки информации рассматриваются как перспективный путь дальнейшего развития вычислительных систем. Для их реализации необходимы среды с большой оптической нелинейностью, позволяющей резко снизить оптическую мощность, необходимую для проведения вычислительных процедур. Высокой нелинейностью характеризуются среды с большой резонансной восприимчивостью, к которым относятся полупроводниковые наноструктуры. Резонансная оптическая восприимчивость наноструктур зависит как от их номинальных параметров, так и от внешних условий. Основной научной проблемой, на решение которой направлен проект, является установление функциональной связи между параметрами наноструктуры и константами свето-экситонного взаимодействия и резонансной оптической нелинейности в эпитаксиальных наноструктурах на основе GaAs/AlGaAs/InGaAs. Высокий уровень развития эпитаксиальной технологии, имеющейся в СПбГУ, позволяет получать для исследований гетероструктуры рекордного качества, физические процессы в которых определяются их фундаментальными характеристиками, а не случайными дефектами. Это делает возможным решение на принципиально новом уровне задачи по количественному исследованию свето-экситонного взаимодействия и оптических нелинейностей в таких системах. Развитые авторами проекта экспериментальные методы и оригинальные теоретические подходы позволят получить принципиально новую информацию об экситонной системе и динамических процессах в изучаемых гетероструктурах, провести ряд аналогичных исследований для гетероструктур на основе материалов А2В6 и двумерных кристаллов, а также изучить перспективы их возможного применения как элементной базы оптических компьютеров.

Annotation: Actively growing interest to the optical methods of the information processing and data transmission stimulates a search of media with the extremely large optical nonlinearity. These media will allow one to significantly reduce the optical power, required for computational and information processing procedures. A high nonlinearity is a characteristics of the media with a large resonance susceptibility, which, in particular, include the semiconductor nanostructures. These facts define a relevance of the current project focused on the study of the resonance optical susceptibility of such structures at the exciton transitions. It is important that the resonance susceptibility of the high-quality nanostructures non-monotonically depends on the structure's nominal parameters as well as on the effect of the external magnetic and electric fields. The current project is mainly aimed at the determination of the functional dependence between parameters of the epitaxially-grown GaAs/AlGaAs/InGaAs-based nanostructures and the oscillator strength of the exciton transition in these structures. A high level of a development of the epitaxial technology, available in the St. Petersburg State University, allows us to obtain the heterostructures of the unprecedented quality. The processes in these structures are defined by their fundamental characteristics, but not by the random defects. This makes it possible the quantitative investigation of the exciton-light coupling in such systems at the principally new level. The developed experimental methods and original theoretical approaches of the authors of this project will allow one to obtain the fundamental information on the exciton properties and dynamical processes in studied heterostructures.

Publications:

  1. M. N. Bataev, M. A. Chukeev, M. M. Sharipova, P. A. Belov, P. S. Grigoryev, E. S. Khramtsov, I. V. Ignatiev, S. A. Eliseev, V. A. Lovtcius and Yu. P. Efimov, Heavy-hole–light-hole exciton system in GaAs/AlGaAs quantum wells, Phys. Rev. B 106, 085407 (2022)
  2. Pavel A. Belov, Linewidths and energy shifts of electron-impurity resonant states in quantum wells with infinite barriers, Phys. Rev. B 105, 155417 (2022)
  3. B. F. Gribakin, E. S. Khramtsov, A. V. Trifonov and I. V. Ignatiev, Exciton-exciton and exciton–charge carrier interaction and exciton collisional broadening in GaAs/AlGaAs quantum wells, Phys. Rev. B 104, 205302 (2021)
  4. P. Yu. Shapochkin, S.A. Eliseev, V.A. Lovtcius, Yu. P. Efimov, P.S. Grigoryev, E.S. Khramtsov and I.V. Ignatiev, Excitonic Probe for Characterization of High-Quality Quantum-Well Heterostructures, Phys. Rev. Applied 12, 034034 (2019)
  5. A. V. Trifonov, I. V. Ignatiev, K. V. Kavokin, A. V. Kavokin, P. Yu. Shapochkin, Yu. P. Efimov, S. A. Eliseev and V. A. Lovtcius, On the Suppression of Electron-Hole Exchange Interaction in a Reservoir of Nonradiative Excitons, Semiconductors 53, 9, 1170-1174 (2019)
    А. В. Трифонов, И. В. Игнатьев, К. В. Кавокин, А. В. Кавокин, П. Ю. Шапочкин, Ю. П. Ефимов, С. А. Елисеев, В. А. Ловцюс Подавление электронно-дырочного обменного взаимодействия в резервуаре неизлучающих экситонов ФТП, том 53, вып. 9, 1195 (сентябрь 2019)