|
|
Микро- и наноэлектроникаНаправление: Гетероструктуры сенгетоэлектрик нит: транспортные и нелинейно-оптические свойства
Направление: Материалы для монолитных фотонных интегральных
Направление: Связанные уединенные волны в антинаправленном ответвителе состоящем из волноводов с положительным и отрицательным показателями преломления
Направление: Люминесцентные свойства полупроводниковых и органических наноструктур
Гетероструктуры сенгетоэлектрик нит: транспортные и нелинейно-оптические свойства Интенсивные исследования одного из классов мультиферроиков, слоистых структур сегнетоэлектрик-магнетик, возобновили интерес к эффекту туннелирования электронов через сегнетоэлектрик, который как основы «полярного переключателя». Туннельные переходы через сегнетоэлектрик могут быть использованы в спинтронике, основанной на транспортных свойствах спин-поляризованных электронов. Структуры La0.75Ca0.25MnO3/BaTiO3 (LCMO/BTO) были изготовлены методом аэрозольного осаждения на подложке MgO(100), толщины слоев 9.6 и 7.7 нм, соответственно. Пленка LCMO обладает фазовым переходом парамагнетик/ферромагнетик при температуре Кюри Tc= 190К и фазовым переходом изолятор/проводник при температуре TMI= 157К. На поверхность пленки BTO нанесены электроды с зазором 25 мкм. Такая электродная схема обеспечивает в случае высокого сопротивления обоих слоев ориентацию электрического поля вдоль пленки и соответствующее переключение сегнетоэлектрической поляризации. Исследовались вольт-амперные характеристики, а также зависимость интенсивности второй оптическое гармоники от приложенного между электродами напряжения. Было обнаружено, что вблизи и выше фазового перехода зависимость тока от напряжения слабая, а зависимость интенсивности ВГ от напряжения отсутствует. При понижении температуры сила тока в зависимости от напряжения экспоненциально возрастает, так же, как и интенсивность ВГ. Ниже точки перехода изолятор-проводник в пленке LCMO вблизи каждого металлического электрода возникает структура типа металл/диэлектрик/металл, где роль диэлектрика играет пленка BTO. Таким образом, для носителей заряда в этих областях имеется потенциальный барьер, и основным механизмом проводимости нанометровой пленки BTO является квантовое туннелирование. Это предположений обосновывается хорошим совпадением экспериментальных данных с аппроксимацией плотности туннельного тока по формуле Бете-Зоммерфельда. Увеличение сигнала ВГ имеет две причины. Во-первых, это сегнетоэлектрическая поляризация в пленке BTO, которая переключается при наложении электрического поля. Второй причиной зависимости интенсивности ВГ от напряжения является изменение симметрии LCMO при протекании через него тока. В отсутствие тока пленка LCMO центросимметрична. При протекании тока центральная симметрия нарушается, и появляется дипольный вклад в нелинейную (оптическую) поляризацию. В целом, представленные в работе исследования показывают, что источником оптической нелинейности в гетероструктуре BTO/LCMO является ток, возникающий за счет туннелирования электронов через сегнетоэлектрический барьер и протекающий затем по манганиту гетероструктуры. Публикации: 1. М.С. Иванов, Е.Д. Мишина, В.Г.Морозов,Исследование гетероструктуры сегнетоэлектрик/манганит методом генерации второй оптической гармоники, Известия РАН 2010, том 74, № 9, с. 1333–1336 2. E.D. Mishina; V.M. Muhortov; A.S. Sigov, Ferroelectric thin films in planar geometry: fabrication and perspectives for integration, Integrated ferroelectrics, Volume 106, Issue 1, Pages 1 – 10, 2009 3. Н.Э. Шерстюк, Н.А. Ильин, С.В. Семин, Е.Д. Мишина, В.М. Мухортов, Исследование сегнетоэлектрических свойств пленок феррита висмута методом генерации второй оптической гармоники, ФТТ 51, № 7, 1284-1286 (2009). 4. Иванов М.С., Афанасьев М.С. Особенности формирования тонких сегнетоэлектрических пленок Bax Sr1−x TiO3 на различных подложках методом высокочастотного распыления ФТТ 51, 259 (2009) Материалы для монолитных фотонных интегральных схем Мировая микро- и оптоэлектронная индустрия рассматривает нанофотонику как основу информационных технологий будущего. В частности, современная тенденция развития телекоммуникации состоит в увеличении скорости и объема передаваемой и обрабатываемой информации до 100-300 ГГц, что может быть достигнуто только при максимальной интеграции элементов и полностью оптического управления сигналами. Промежуточным шагом на этом пути является совершенствование электромагнитных методов управления оптическими сигналами. Элементной базой для оптоэлектроники нового поколения являются перестраиваемые двумерные фотонные кристаллы (ФК). Важнейшей задачей, направленной на существенное увеличение степени интеграции, является создание узлов ввода-вывода излучения нового типа Металлические наноструктуры с упорядоченным расположением нанообъектов (наночастиц или, в инвертированном случае, наноотверстий), иногда называемые наноплазмонными структурами, позволяют управлять распространением и пространственной локализацией света за счет резонансного возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов. Например, упорядоченная структура наночастиц с периодом порядка оптической длины волны, проявляет свойства двумерного (плазмонного) фотонного кристалла и позволяет осуществлять управление распространением электромагнитной волны в спектральном диапазоне, определяемым параметрами запрещенной фотонной зоны. При определенных типах симметрии наноэлементов возможно формирование оптических элементов с размерами, меньшими оптической длины волны. Это открывает путь к созданию новых наноплазмонных структур, функционирующих как элементы устройств нанофотоники, допускающих встраивание в существующие технологии полупроводниковых приборов. Нами получены двумерные магнитоплазмонные кристаллы, представляющие собой инвертированный опал на основе никеля. Проведены исследования меридиональный магнитооптического эффекта Керра и обнаружено уменьшение относительного магнитооптического отклика в области длин волн около 1600 нм, находящихся вблизи положения провала в спектре отражения. Измерены спектральные зависимости линейного и нелинейного экваториального эффектов Керра, а также петли гистерезиса для линейного и нелинейного эффектов Керра. На основе эпитаксиальной сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO3 получен двумерный фотонный кристалл (ФК) с системой электродов, обеспечивающей взаимодействие падающей и прошедшей световых волн. Исследования спектральных характеристик выявили наличие запрещенной фотонной зоны вблизи 1,5 эВ. Показана возможность пространственно-частотной перестройки световой волны второй гармоники, генерируемой ФК. (Эффективность переключения достигает 6000 %). Разработана оптическая антенна, представляющая собой металлическую планарную полосковую структуру, нанесенную в виде модуля и представляющую собой подложку из диэлектрического материала, центральным элементом которой является полосок для связи с двумерным фотонным кристаллом или активной фотонно-кристаллической структурой, выполненный шириной по крайней мере на порядок меньшей длины волны электромагнитного излучения оптического диапазона, окруженный сплошной металлической областью, отделенной от полоска зазором шириной по крайней мере на порядок меньшим длины этой же волны, каждый конец полоска выполнен выступающим за пределы сплошной металлической области, которая на подложке выполнена прямоугольной формы с двумя прямоугольной формы вырезами на противоположных сторонах, полосок выполнен прямолинейным и размещен между вырезами, а концы полоска выведены в зону вырезов. Публикации: 1. L. V. Simagina , E. D. Mishina , S. V. Semin, N. A. Ilyin, T. R. Volk, R. V. Gainutdinov, L. I. Ivleva, Second harmonic generation on the microdomain gratings created in strontium-barium niobate crystals in the field of atomic force microscope. JAP 110, 052015 (2011)
3. N. A. Sapoletova, T. V. Makarevich, K. S. Napolskу, E. D. Mishina, A. A. Eliseev, A. van Etteger, T. Rasing, G. A. Tsirlina,Controlled growth of metallic inverse opals by electrodeposition, PCCP, 2010 Phys Chem Chem Phys. 2010 Dec 21;12(47):15414-22. 4. P.P. Vabishchevich, F.Y. Sychev, V.O. Bessonov, M. R. Shcherbakov, T. V. Dolgova, E.D. Mishina, A.S. Sigov, Andrey A. Fedyanin, Femtosecond dynamics of resonantly enhanced surface plasmons in planar plasmonic crystals, Proc. SPIE 7713, 771312 (2010) 5. 1. K. Napolskii, N. Sapoletova, A. Eliseev, G. Tsirlina, A. Rubacheva, E. Gan'shina, M. Kuznetsov, M. Ivanov, V. Valdner, E.Mishina, A. van Etteger, Th. Rasing, Magnetophotonic properties of inverse magnetic metal opals, J. Magn. Magn. Mat. 321, Issue 7, Pages 833-835 (2009) 6. 2. E.D. MISHINA; V.M. MUHORTOV; A.S. SIGOV FERROELECTRIC THIN FILMS IN PLANAR GEOMETRY: FABRICATION AND PERSPECTIVES FOR INTEGRATION:Integrated ferroelectrics, Volume 106, Issue 1, Pages 1 – 10, 2009
Патенты: 1. В.О. Вальднер, Н.Э. Шерстюк, С.В. Семин, Е.Д. Мишина, Устройство оптической антенны для оптических интегральных схем (варианты) и оптическая планарная фотонная единица (варианты). Патент РФ на изобретение № 2379629 от 20.01.2010 г. 2.Е.Д. Мишина, Н.Э. Шерстюк, М.А. Кузнецов, Н.А. Ильин Способ оптической регистрации быстропротекающих процессов. Патент РФ на изобретение № 2359253от 20.06.2009 г. Двухфотонная микроскопия-спектроскопия сегнетоэлектрических, органических и полупроводниковых наноструктур Нелинейно-оптическая микроскопия находит широкое применение при изучении различных физических и биологических явлений и объектов, как правило, в конфокальной геометрии. Данный метод диагностики материалов включает в себя такие методики, как генерация второй оптической гармоники (ГВГ) и двухфотонная люминесценция (ДФЛ). На сегодняшний день основной областью применения многофотонной конфокальной микроскопии является биология. Данная методика позволяет получать детальные трехмерные изображения биологических объектов и тканей за счет изменения фокусировки лазерного излучения благодаря существенно большей по сравнению с неорганическими материалами глубиной проникновения излучения на основной длине волны (700-1000 nm) в биологические ткани (биологическое окно прозрачности). Для исследования твердотельных микроструктур выпускаются конфокальные профилометры, позволяющие получать аналогичные изображения, однако, эти приборы являются однофотонными, и их функциональные возможности достаточно ограничены. Нелинейно-оптическая сканирующая микроскопия, основанная на генерации второй гармоники, эффективна при исследовании функциональных материалов. Она позволяет исследовать доменную структуру сегнетоэлектриков и мультиферроиков, а также эффекты переключения поляризации и особенности фазовых переходов в сегнетоэлектрических и мультиферроидных микроструктурах. В 2012 году нами раcсмотрены особенности применения двухфотонной микроскопии и спектроскопии для исследования мультиферроидных и пьезоэлектрических наноразмерных структур. В наноразмерных планарных мультислойных струкутрах титанат бария стронция/феррит висмута показано проявление в нелинейно-оптическом отклике локальных электро-индуциронанного и магнито-индуцированного вкладов в определенных спектральных диапазонах. В пьезоэлектрических био-микротрубках пептидов показано, эти объекты являются нецентросимметричными, обладают высокм (5 мВ/см) значение нелинейной восприимчивости (что сравнимо с таким нелинейно-оптическимматриалом, как ниобат лития). Трубки претерпевают фазовый переход в центросимметричное состояние. Максимальное значение интенсивности ВГ не меняется вдоль трубки, в то время как направление поляризации изменяется значительно.
Публикации 1. С.В. Семин, A.В. Кудрявцев, Е.Д. Мишина, Автоматизированный двухфотонный сканирующий микроскоп, ПТЭ, 2012, № 1, с. 1–7 2. С.В. Семин, Н.Э. Шерстюк, Е.Д.Мишина, К. Герман, Л. Кулюк, Т. Расинг, Л. Пенг, Картирование усиления двухфотонной люминесценции в наноструктурах оксида цинка, ФТП, 2012, Т.46,№3, С.376-378 3. Е.Д.Мишина, С.В.Семин, К.В.Швырков, А.В.Кудрявцев, Н.А.Ильин, Н.Э.Шерстюк Нелинейно-оптическая микроскопия и спектроскопия сегнетоэлектрических и мультиферроидных материалов, ФТТ, 2012. Т.54.В.5.С. 836-842 4. I.Bdikin, V.Bystrov, A.Heredia, I.Delgadillo, J. Gracio, S. Kopyl, E. Mishina, A. Sigov, A. Kholkin, Polarization switching and ferroelectric phase transition in diphenylalanine peptide nanotubes J. Appl. Phys. 111, 074104 (2012) 5. А.В. Кудрявцев, К.В.Швырков, Е.Д.Мишина, А.С. Сигов, A. Handelman, N Amdursky, G.Rosenman, Био-сегнетоэлектричество и био-пьезоэлектричество, ФТТ, 2012, Т.54.В.6.С. 81187-1192 6. I.K.Bdikin, V.S.Bystrov, S. Kopyl , R.P.G. Lopes , I.Delgadillo , J.Gracio , E.D.Mishina, A.S.Sigov, A.Kholin, Evidence of Ferroelectricity and phase transition in pressed diphenylalanine peptide nanotubes, APL, 100, 043702 (2012) 7. G. Rosenman, P. Beker, I. Koren, M. Yevnin, B. Bank-Srour, E. Mishina and S. Semin, Bioinspired peptide nanotubes: deposition technology, basic physics and nanotechnology applications, Journal of Peptide Science, 17 , №2 (2011), (pages 75–87) 8. Nadav Amdursky, Peter Beker, Itai Koren, Becky Bank-Srour, Elena Mishina, Sergey Semin, Theo Rasing, Yuri Rosenberg, Zahava Barkay, Ehud Gazit, Gil Rosenman, Structural Transition in Peptide Nanotubes, Biomacromolecules 12, 1349 (2011). |
