РНФ 23-12-00300

Проект направлен на получение новых фундаментальных знаний об энергетической и спиновой структуре электронных и экситонных состояний, спин-зависимых и кулоновских эффектах, и механизмах релаксационных процессов в полупроводниковых наноструктурах (НС) в условиях сильного пространственного ограничения для носителей заряда и диэлектрического контраста между НС и окружающей средой. Такие условия реализуются в двумерных (2D) и квази-2D полупроводниковых НС различного происхождения (коллоидные нанопластинки на основе CdSe и перовскитов c галогенидом свинца, 2D гибридные галогенидные перовскиты, монослои, бислои и тонкие пластинки дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ)), а также в нульмерных (0D) коллоидных полупроводниковых нанокристаллах с различной формой, химическим составом и внешним окружением. Все перечисленные НС представляют интерес с точки зрения их применения в устройствах нанофотоники, фотовольтаики, медицине и биологии.

Особый интерес представляют спиновые свойства перечисленных НС. Интерес к спиновой физике НС обусловлен не только перспективами практических применений, но и фундаментальным характером спин-зависимых эффектов и явлений. Усиление кулоновского взаимодействия за счет малых размеров НС и диэлектрического контраста приводит к новым спин-зависимым и экситонным эффектам, наблюдаемым оптическими методами, и делает необходимым развитие новых теоретических моделей для их описания.

Экспериментальные и теоретические исследования будут тесно связаны между собой и будут проводиться по двум основным направлениям.

Первое направление исследований включает в себя исследования спиновой физики 2D и квази-2D полупроводниковых НС в условиях диэлектрического контраста. В рамках данного направления будут проводиться исследования взаимосвязи энергии межчастичного обменного ваимодействия с энергией связи кулоновских комплексов в 2D и квази-2D НС конечной толщины. Будут развиты теоретические модели для описания оптических эффектов, обусловленных ориентацией, выстраиванием, прецессией или переворотом спинов носителей заряда и/или экситонов во внешнем магнитном поле. Для коллоидных нанопластинок на основе CdSe различной толщины будет проводиться исследование влияния типа оболочки и/или пассивации поверхности органическими молекулами (лигандами), а также присутствие немагнитных (Cu, Ag) и магнитных (Mn) примесных ионов. Планируется исследование влияния механических напряжений в монослоях, бислоях и других структурах на основе ДПМ.

В рамках второго направления планируется осуществление комплексных исследований спиновых свойств 0D полупроводниковых НС CdSe, InP. Будет построена теория и произведен расчет тонкой энергетической структуры состояний дырок и экситонов, обусловленной внешним магнитным полем и обменным взаимодействием на основе полупроводников с кристаллической структурой цинковой обманки в режиме сильного размерного квантования и режиме квантования экситона как целого. Будет исследовано влияние формы нанокристаллов, а также влияния типа диэлектрика на границе НС на тонкую энергетическую структуру состояний дырок и экситонов. Планируется построение теоретических моделей оптических эффектов, обусловленных ориентацией, выстраиванием, прецессией или переворотом спинов носителей заряда и/или экситонов во внешнем магнитном поле в 0D нанокристаллах CdSe и InP несферической формы с учетом их произвольной ориентации в ансамбле.

Решение масштабных и комплексных задач, запланированных в рамках обоих направлений исследований, позволит также сделать фундаментальные выводы об эффективности исследования фундаментальных спин-зависимых взаимодействий различными магнитооптическими методами в зависимости от симметрии кристаллической структуры, формы полупроводниковых НС и их диэлектрического окружения.