Университет ИТМО Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Проект: Оптика сильно связанных резонансных систем: экситон в эпитаксиальных полупроводниковых квантовых точках и плазмонный резонанс в металлических наночастицах

Научный руководитель: Вартанян Тигран Арменакович

Участники проекта: ФТИ им. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), Институт Физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск), Университет ИТМО

Заказчик: Российский фонд фундаментальных исследований, 16-02-00932

Результаты проекта:

Разработана технология выращивания образцов арсенида галлия с приповерхностными одиночными квантовыми точками арсенида индия, сдвоенными квантовыми точками и стеками из 5 последовательных слоев квантовых точек, заращенных различными закрывающими слоями. Получены образцы, обладающие интенсивными полосами люминесценции в ближней инфракрасной области спектра (1.1–1.2 мкм). Экспериментально подтверждена возможность пространственного совмещения металлических наночастиц с эпитаксиальными квантовыми точками арсенида индия путем напыления и последующего отжига тонкой серебряной пленки на поверхности пластины арсенида с заглубленным квантовыми точками арсенида индия. Обнаружены сдвиги резонансных частот свидетельствующие о взаимодействии между резонансами в компонентах образованной гибридной системы. В то время как в серебряных наночастицах основным резонансом является возбуждение плазмонного типа, в квантовой точке возможно возбуждение экситона. Благодаря близости между резонансными частотами обоих возбуждений между ними возможно взаимодействие при условии, что полупроводниковая квантовая точка окажется в ближнем поле металлической наночастицы. Обнаружено усиление интенсивности фотолюминесценции из квантовых точек InAs в 1.5 раза в результате формирования слоя металлических наночастиц Ag. Показано, что с учетом увеличения интенсивности отражения, полная светимость квантовых точек InAs увеличивается в 2.4 раза. Обнаруженный эффект может объясняться взаимодействием в ближнем поле квантовых точек и металлических наночастиц Ag.

36922-fig1.jpg

Рис. 1 – Золотые наностержни, высаженные из коллоидного раствора, на арсениде галлия. Получено на сканирующем-электронном микроскопе.

36922-fig2.jpg

Рис. 2 – Серебряная островковая пленка на арсениде галлия, получена напылением и последующим высокотемпературным отжигом. Фотография снята на СЭМ.

36922-fig3.jpg

 Рис. 3 – Анализ действия лазерного излучения на островковую пленку. Изучено на примере серебряной пленки с эквивалентной толщиной 20 нм на подложке из кварца. Слева приведены спектры и их модификация (разность) при облучении импульсами 3 гармоники неодимового лазера, указаны плотности энергии, длительность импульса – 10 нс. На гистограммах и АСМ изображениях видна фрагментация частиц, при этом для серебряных частиц сформировано поглощение в ближней ИК области – экситонных переходов квантовых точек.

36922-fig4.jpg

Рис. 4 – Изменения оптической плотности и фотолюминесценции стека из 5 слоев квантовых точек InAs в GaAs присутствием серебряных наночастиц

 Публикации:

 1. Gladskikh P.V., Gladskikh I.A., Toropov N.A., Vartanyan T.A.  Fabrication and characterization of the noble metal nanostructures on the GaAs surface // Proceedings of SPIE - 2016, Vol. 9884, pp. 98842Y doi:10.1117/12.2227597

2. A. Kondikov, P. A. Tonkaev, V. V. Chaldyshev and T.A. Vartanyan Modeling of the optical properties of a two-dimensional system of small conductive particles. // Journal of Physics: Conference Series 738 (2016) 012059 doi:10.1088/1742-6596/738/1/012059

3. Т.А. Вартанян. Оптика сильно связанных резонансных систем: экситон в эпитаксиальных полупроводниковых квантовых точках и плазмонный резонанс в металлических наночастицах Приглашенный доклад, 5-ая Международная конференция «Современные нанотехнологии и нанофотоника для науки и производства» 12.11.2016 − 15.11.2016 г. Владимир – г. Суздаль

4. T.A. Vartanyan Coupling of gold nanorods plasmons to epitaxial quantum dots excitons 4th International Symposium on Optics & its Applications (OPTICS-2016) to be held 25 - 28 July 2016 in Yerevan & Ashtarak, Armenia: 

5. Vladimir Chaldyshev, Nikita Toropov, Igor Gladskikh, Polina Gladskikh, Valeriy Preobrazhenskiy, Michael Putyato, Boris Semyagin, Alexander Kosarev, Alexey Kondikov, Tigran Vartanyan. Coupling of localized surface plasmons to excitons in self-organized  InAs quantum dots. Symposium EM7—Functional Plasmonics, 2016 MRS Fall Meeting & Exhibit November 27-December 2, 2016, Boston, Massachusetts, USA. EM7.4.04 

6. А.Н.Косарев, A. A. Кондиков, В.В. Чалдышев, Н.A. Торопов, П. В. Гладских, И.A. Гладских, Т.А. Вартанян, В.В. ПреображенскийМ.А. Путято, Б.Р. Семягин. Влияние близкорасположенных наночастиц Ag на фотолюминесценцию квантовых точек InAs в GaAs. Международная конференция ФизикА.СПб, 24 октября 2016  –   27 октября 2016 Санкт-Петербург, Россия 

7. A.A. Кондиков, П.А. Тонкаев, В.В. Чалдышев, Т.А. Вартанян. Моделирование оптических свойств двумерной системы малых проводящих частиц. Неделя науки СПбПУ Петра Великого 

8. А.Н. Косарев, В.В. Чалдышев, Т.А. Вартанян. Оптические исследования системы наночастиц Ag и квантовых точек InAs в GaAs. Неделя науки СПбПУ Петра Великого 

9. Гладских П.В., Гладских И.А., Торопов Н.А., Вартанян Т.А. Оптические и электрические свойства двумерных плазмонных наноструктур на поверхности арсенида галлия // Сборник трудов IX Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики – 2016». Санкт-Петербург. 17-21 октября 2016 / Под ред. проф. В.Г. Беспалова, проф. С.А. Козлова.– СПб: Университет ИТМО, 2016. – 537 с. (С. 329-330)

10. Gladskikh P.V., Toropov N.A., Gladskikh I.A., Vartanyan T.A. 2D-metallic nanostructures on GaAs surface: morphology, photonics, and electrical properties // Proceedings. 24th Int. Symp. “Nanostructures: Physics and Technology”, Saint-Petersburg, Russia, June 27 – July 1, 2016. - P. 130-131.

11. Л.П. Амосова, Н.Б. Леонов, Н.А. Торопов Аномальное изменение частоты плазмонных резонансов островковых металлических пленок при контакте с некоторыми полярными органическими средами // Оптика и спектроскопия. – 2016. – Т. 121. – №6. – С. 901–906. DOI: 10.1134/S0030400X16120031 (переводная версия)

12. Nikita A. Toropov, Igor A. Gladskikh, Peter S. Parfenov, Tigran A. Vartanyan. Fabrication and laser-assisted modification of the Ag particles ensembles supporting quadrupole plasmon oscillations // Optical and Quantum Electronics (принята к опубликованию) 


Контактная информация

199034, Россия, Санкт-Петербург, Биржевая линия В.О., д. 14
Телефон: +7 812 457 17 80
E-mail: opmns@corp.ifmo.ru
Сотрудники

© 2012-2017 Кафедра ОФиСЕ, Университет ИТМО. Все права защищены.