ИСТИНА

Диоксид ванадия (IV) – один из наиболее перспективных материалов для создания управляемых элементов в инфракрасном и терагерцовом диапазоне частот благодаря явлению фазового перехода из полупроводникового состояния в проводящее при температуре 68С. В результате фазового перехода его проводимость изменяется на 4-5 порядков величины, а для излучения длинноволновой части спектра (дальний ИК и ТГц диапазон) поглощение материала резко возрастает. Инициировать фазовый переход возможно как при помощи изменения температуры, так и при оптическом облучении (в том числе фемтосекундными импульсами), и при приложении электрического поля, что даёт широкие возможности для практической реализации управляемых элементов на основе VO2. При этом само явление фазового перехода представляет значительный фундаментальный интерес, поскольку состоит из двух различных по своей природе фазовых переходов: электронного и структурного, каждый из которых в существенной мере зависит от микроструктуры материала, стехиометрического состава, допирования, механических напряжений. Взаимосвязь между этими механизмами для различных материалов и структур, имеющих в своей основе диоксид ванадия, является предметом активных изучений до сих пор. В настоящем проекте планируется исследование проводимости плёнок VO2, в том числе фотосенсибилизированных при помощи молекул органических красителей, вблизи точки термо- и оптически индуцированного фазового перехода из диэлектрического состояния в металлическое методами спектроскопии оптической накачки - ТГц зондирования и генерации ТГц излучения в слое VO2; создание электрически- либо фотоуправляемого элемента (амплитудного экрана) с потенциально высоким быстродействием для ТГц диапазона частот на основе модифицированных плёнок диоксида ванадия и создание композитных функциональных материалов для ТГц диапазона с матрицей из новых, прозрачных в ТГц диапазоне частот полимеров- термопластов, и двумя возможными модификациями: добавлением нано- и микрочастиц полупроводников с фотоуправляемыми свойствами, либо с нанесением на полимерную матрицу металлизированной плазмонной структуры в виде массива субволновых отверстий.

Vanadium dioxide (IV) - one of the most promising materials for the creation of controlled elements in the infrared and terahertz frequencies thanks the phenomenon of the phase transition from the conducting state of the semiconductor at temperatures 68c. As a result of the phase transition varies its conductivity to 4.5 orders of magnitude, and the radiation of long-wave part of the spectrum (the far infrared and terahertz range) absorption of the material increases dramatically. Initiate a phase transition possible both by means of temperature change, and when the optical irradiation (in including femtosecond pulses), and when an electric field that It provides opportunities for practical implementation of the control elements on based on VO2. At the same time the phenomenon of phase transition is of considerable fundamental interest, because it consists of two different nature phase transitions, electronic and structural, each of which substantially depends on the microstructure of the material, a stoichiometric composition, doping, mechanical stresses. The relationship between these different mechanisms for Materials and structures that have their basis in vanadium dioxide is subject active studies so far. This project is planned to study the conductivity of VO2 films, including including photosensitized using organic dye molecules near thermal points and optically induced phase transition of dielectric the metallic state by optical pumping spectroscopy - THz sensing and generation of THz radiation in the VO2 layer; the creation of the electric-ever photocontrolled element (the amplitude of the screen) with a potentially high speed THz frequency range on the basis of the modified film vanadium dioxide and creation of functional composite materials for THz range with an array of new, transparent in the THz frequency range polimerov- thermoplastics, and two possible modifications: the addition of nano- and microparticles photocontrolled semiconductors with properties either by applying to the polymeric matrix metallic plasmonic structures in an array of subwavelength holes.

Будут определены спектр и поляризация ТГц излучения, генерируемого в плёнках VO2 в нескольких режимах: в отсутствие фазового перехода, когда динамика фотовозбужденных носителей заряда определяется их захватом на акцепторах; в условиях чисто электронного фазового перехода – в криогенной области температур при низких значениях энергии возбуждающего излучения; в условиях фотоиндуцированного структурного фазового перехода; в условиях термоиндуцированного фазового перехода. Будет построена зависимость проводимости плёнок от температуры в условиях фотосенсибилизации с помощью молекул органических красителей. Будет определена возможность управления температурой фазового перехода или его оптического инициирования. Будет получена фазовая диаграмма, отражающая тип оптоиндуцированного фазового перехода (электронный, структурный) в зависимости от температуры образца и интенсивности возбуждающего излучения. Будет изучена локализация области фазового перехода в пленке диоксида ванадия на сапфире при фотовозбуждении фазового перехода сфокусированным лазерным лучом и при пропускании электрического тока по нанесенной на поверхность плёнки тонкой металлической дорожки. Будет создан прототип управляемого ТГц устройства (амплитудного фильтра), определены предельные характеристики быстродействия и пространственного разрешения областей, в которых осуществляется фазовый переход Будет продемонстрировано изменение пропускания на частоте 1 ТГц композитной плёнки (толщиной 0.2-0.7 мм) от 70% до 20% при подсветке лазерным импульсом (800 нм, 120 фс, 1 мДж, 3*3 мм) за время 10-100 пс.

Участники коллектива обладают большим опытом в формировании многокомпонентных эпитаксиальных оксидных соединений с помощью метода импульсного лазерного осаждения с применением наносекундных эксимерных лазеров с различными длинами волн (248 нм, 308 нм). Участниками был выполнен цикл работ по формированию эпитаксиальных буферных слоев (Y2O3, ZrO2, CeO2) и пленок высокотемпературных сверхпроводников. В результате впервые была обнаружена возможность увеличивать токонесущую способность в многослойных структурах сверхпроводник-интерслой кратно количеству сверхпроводящих слоев за счет контроля морфологии и кристаллического совершенства отдельных слоев. Участниками проекта разработана методика получения сплошных пленок VO2 из металлических мишеней в атмосфере кислорода, что позволяет в широком диапазоне изменять состав пленок при их получении методом импульсного лазерного осаждения в бескапельном режиме осаждения при изменении плотности энергии на мишени. У участников проекта имеется большой опыт изучения механизмов переноса энергии и заряда в системах твердое тело-молекулы органических красителей с целью разработки новых материалов с оптимальными параметрами для электроники и оптоэлектроники. В таких системах на основе полупроводниковых и диэлектрических подложек удалось исследовать фотосенсибилизацию различных электронных, ионных процессов и структурных перестроек в твёрдом теле за счёт переноса энергии от фотовозбужденных молекул красителей.