Сотрудники НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы» Института физики Казанского федерального университета, созданной в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет–2030», пронаблюдали электронное рамановское рассеяние света в полупроводниковых стеклах.

Научная работа проводилась в рамках поддержанного Российским научным фондом проекта «Синтез и исследование нового класса нанокомпозитной керамики с вырожденной диэлектрической проницаемостью для оптоплазмоных приложений», которым руководит заведующий кафедрой оптики и нанофотоники Института физики КФУ Сергей Харинцев.

Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале ACS Nano. Редакция разместила основной результат работы авторов на обложке журнала.  

«В ходе исследования нам удалось экспериментально пронаблюдать электронное рамановское рассеяние в полупроводниковых стеклах, обусловленное импульсом сжатого фотона, – рассказывает Сергей Харинцев. – Мы использовали гетерогенную аморфокристаллическую матрицу из кремния. При освещении такой системы лазерным светом удалось обнаружить низкочастотное и высокочастотное электронное рамановское рассеяние, зависящее от размера структурных элементов вещества. Это свидетельствует о том, что этим излучением можно управлять с помощью структурного беспорядка».

Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) – это неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества, сопровождающееся изменением частоты рассеянного излучения.

Кроме кремния, ученые КФУ наблюдали этот эффект в других разупорядоченных системах: аморфном германии, металлах переходной группы, флюоритах, перовскитах, халькогенидах и высокоэнтропийных кристаллах.

«Беспорядок в любой системе, обычно воспринимаемый как негативный фактор, становится драйвером развития высоких технологий, в которых "порядок" возникает из хаоса. В твердых телах беспорядок способствует пространственному согласованию импульсов электрона и сжатого фотона и таким образом приводит к усиленному взаимодействию света и вещества. Полученные результаты легли в основу создания спектроскопического метода структурного анализа, основанного на электронном рамановском рассеянии света. Это метод будет использован не только для анализа таких разупорядоченных твердых тел, как стекла, керамика, аморфные и пористые материалы, но и для 3D-реконструкции живых систем (например, белков) при комнатной температуре», – сообщил старший научный сотрудник НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы» Института физики КФУ Алексей Носков.

В оптоэлектронике полупроводниковые стекла позволят значительно увеличить квантовый выход люминесценции и усилить фотодетектирование, подчеркнула соавтор статьи, лаборант НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы» Института физики КФУ Элина Батталова. 

«Кроме того, этот материал можно использовать для создания белых светодиодов и лазерных источников света с перестраиваемыми электронными состояниями, – рассказывает Э. Батталова. – Разупорядоченные полупроводники могут применяться для развития технологии лазерного охлаждения до криогенных температур. Динамический беспорядок в полупроводниковых стеклах крайне чувствителен к температуре, и на этом принципе можно построить температурный сенсор. Значительный прогресс может быть достигнут в фотовольтаике благодаря использованию гетерогенных полупроводниковых стекол в солнечных батареях».