Ученые СПбГУ объяснили особенности свечения ненапряженных квантовых точек

Квантовые точки на основе арсенида галлия используются в устройствах оптоэлектроники — фотодетекторах, лазерах и элементах оптических компьютеров. Одной из проблем таких точек являются механические напряжения, появляющиеся из‑за различия кристаллических решеток используемых материалов. В своей работе сотрудники лаборатории кристаллофотоники СПбГУ использовали новый подход для роста квантовых точек. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B.

Малые технологические компании могут получить до 1 млрд рублей через кредиты под 3 %

С помощью капельной эпитаксии на поверхности подложки из арсенида галлия создавались наноотверстия, которые в дальнейшем заполнялись материалом точки. Такие образцы были изготовлены на установке молекулярно‑пучковой эпитаксии в ресурсном центре «Нанофотоника» Научного парка СПбГУ. Полученные слои квантовых точек имеют минимальные механические напряжения, поскольку используется пара материалов с близкими кристаллическими решетками — GaAs и AlGaAs. Отсутствие напряжений позволяет создать на основе таких квантовых точек устройства оптической логики, использующие для обработки информации долгоживущих спинов ядер.

Физики Санкт‑Петербургского университета провели подробное исследование оптических свойств квантовых точек GaAs/AlGaAs методами спектроскопии микрофотолюминесценции и отражения. Как рассказала лаборант‑исследователь лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Екатерина Дерибина, под действием света в квантовых точках рождаются квазичастицы — экситоны, представляющие собой «искусственные атомы» из электронов и дырок в полупроводнике. При рекомбинации экситонов квантовая точка испускает свет — люминесцирует.

«Цвет» инфракрасного свечения квантовой точки зависит от ее формы и размера. В исследовании таких образцов другие научные группы сталкивались с наличием нескольких разных «цветов» в одном образце, однако объяснения этому явлению найдено не было. Ученые Санкт‑Петербургского университета с помощью метода микроскопии смогли выделить излучение одиночных квантовых точек.

Выпускник Ленинградского (Санкт‑Петербургского) государственного университета 1967 года Алексей Екимов вместе с американскими учеными Мунги Бавенди и Луисом Брюсом стал лауреатом Нобелевской премии по химии за открытие и исследование квантовых точек. Алексей Екимов стал девятым нобелевским лауреатом в истории СПбГУ.

Сегодня исследования в этой области квантовых точек продолжают ученые лаборатории кристаллофотоники СПбГУ на приборной базе ресурсного центра «Нанофотоника». В ресурсном центре расположена одна из немногих в России научных установок молекулярно‑пучковой эпитаксии.

Как объяснила Екатерина Дерибина, набранная статистика по сотням квантовых точек позволила провести анализ пространственной корреляции свечения и найти ему объяснение.

«Мы анализировали распределенные по поверхности образца квантовые точки и выяснили, что различные "цвета" свечения соответствуют разным областям квантования движения экситона. Геометрия квантовой точки оказалась сложнее, чем представлялось ранее. Помимо основной центральной области, в каждой квантовой точке существуют две другие области меньшего размера, также ограничивающие движение экситона на нанометровых масштабах. Точную геометрию "внутренностей" квантовых точек еще предстоит выяснить, но контролировать ее с помощью подбора ростовых параметров нам удается уже сейчас», — сказала Екатерина Дерибина.

Сейчас ученые СПбГУ продолжают работу по созданию точек с определенным спектром свечения, чтобы получать образцы, подходящие для исследования конкретных физических явлений.

Санкт‑Петербургский государственный университет — первый университет России — был основан 28 января (8 февраля) 1724 года, когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук. Сегодня СПбГУ — научный, образовательный и культурный центр мирового уровня. В 2024 году Санкт-Петербургский университет отметит свой 300‑летний юбилей.

План мероприятий в рамках празднования юбилея Университета был утвержден на заседании оргкомитета по празднованию 300‑летия СПбГУ, которое провел заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Чернышенко. Среди таких мероприятий — присвоение малой планете имени в  честь СПбГУ, выпуск банковских карт со  специальным дизайном, создание почтовых марок, посвященных истории первого университета России, брендирование  самолета авиакомпании «Россия» и многое другое.

По решению губернатора Санкт‑Петербурга Александра Беглова 2024 год в Северной столице объявлен годом Санкт-Петербургского университета. В день 300‑летия Университета на Ростральных колоннах будут зажжены факелы. Дворцовый мост украсят флаги Университета, а общественный транспорт — его символика, на новых туристических картах города появятся здания СПбГУ, вблизи них будут размещены тематические и исторические материалы. В мае 2024 года Университет примет участие в праздновании Дня города, а знаменитый праздник выпускников «Алые паруса» будет посвящен юбилеям СПбГУ и Российской академии наук. Также Университет запустил сайт, посвященный предстоящему празднику, с информацией о выдающихся универсантах, научных достижениях и подробностях подготовки к юбилею.