Важнейшие результаты законченных исследований

В волноводных структурах с квантовыми ямами HgTe/CdHgTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, впервые получено стимулированное излучение на межзонных переходах на длине волны ~10 мкм при оптической накачке. Показано, что в узкозонных твердых растворах и квантовых ямах Hg_1-xCd_xTe при уровнях оптического возбуждения достаточных для создания межзонной инверсии при Т < 100 К доминирует излучательная, а не оже-рекомбинация, как полагалось ранее, что открывает возможность создания лазеров с длиной волны излучения вплоть 30 мкм.

Руководитель

В. И. Гавриленко

Авторы

С. В. Морозов, В. В. Румянцев, В. Я. Алешкин, А. В. Антонов, А. А. Дубинов, М. С. Жолудев, А. М. Кадыков, К. Е. Кудрявцев, Д. И. Курицын, К. В. Маремьянин, М. А. Фадеев — ИФМ РАН;
Н. Н. Михайлов. С. А. Дворецкий — ИФП СО РАН;

Аннотация

Рис. 1. Релаксация сигналов фотопроводимости при Т = 4.2 К при импульсном возбуждении в эпитаксиальных слоях HgCdTe с различной шириной запрещенной зоны Eg: 120621 — 105 мэВ, 120626 — 90 мэВ, 120613 — 70 мэВ. Увеличение времени релаксации на начальном участке кривых при уменьшении Eg: свидетельствует о доминировании излучательной (а не ожэ-) рекомбинации.	Рис. 2. Спектр стимулированного излучения в структуре с 5 квантовыми ямами HgTe шириной 3,65 нм с диэлектрическим волноводом без резонатора при импульсном оптическом возбуждении при Т = 18 К. Расчетная величина порогового тока составляет 12 А/см2.

Публикации

1. S. V. Morozov, V. V. Rumyantsev, A. M. Kadykov, A. A. Dubinov, K. E. Kudryavtsev, A. V. Antonov, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretskii and V. I. Gavrilenko / Long wavelength stimulated emission up to 9.5 µm from HgCdTe/CdHgTe QW structures // Appl. Phys. Lett. 108, 092104 (2016)
2. S. V. Morozov, V. V. Rumyantsev, A. A. Dubinov, A. V. Antonov, A. M. Kadykov, K. E. Kudryavtsev, D. I. Kuritsin, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretskii, V. I. Gavrilenko / Long wavelength superluminescence from narrow gap HgCdTe epilayer at 100K // Appl. Phys. Lett. 107, 042105 (2015).
3. S. V. Morozov, V. V. Rumyantsev, A. V. Antonov, A. M. Kadykov, K. V. Maremyanin, K. E. Kudryavtsev, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretskii, V. I. Gavrilenko / Time resolved photoluminescence spectroscopy of narrow gap Hg_1-xCd_xTe/Cd_yHg_1-yTe quantum well heterostructures // Appl. Phys. Lett. 105, 022102 (2014).
4. S. V. Morozov, V. V. Rumyantsev, A. V. Antonov, K. V. Maremyanin, K.E. Kudryavtsev, L.V. Krasilnikova, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretskii, V. I. Gavrilenko / Efficient long wavelength interband photoluminescence from HgCdTe epitaxial films at wavelengths up to 26 μm // Appl. Phys. Lett. 104, 072102 (2014).
5. V. V. Rumyantsev, S. V. Morozov, A. V. Antonov, M. S. Zholudev, K. E. Kudryavtsev, V. I. Gavrilenko, S. A. Dvoretskii, N. N. Mikhailov / Spectra and kinetics of THz photoconductivity in narrow-gap Hg_1-xCd_xTe (x<0.2) epitaxial films // Semicond. Sci. Technol. 28, 125007 (2013).

Развита технология газотранспортной эпитаксии лазерных гетероструктур InGaAs/GaAs/InGaP (AlGaAs) на подложках Ge и буферных слоях Ge на Si. Показано, что использование в качестве волноводного слоя вместо GaAs твердого раствора с 1%-ным содержанием In улучшает согласование структуры с подложкой Ge и на порядок снижает пороговый ток лазера. Созданы гибридные лазеры ближнего ИК диапазона с квантовыми ямами InGaAs, обладающие характеристиками, сравнимыми с лазерами, выращенными на подложках GaAs, что указывает на перспективность их использования в оптических информационных каналах.

Руководитель

З. Ф. Красильник

Авторы

В. Я. Алешкин, А. А. Дубинов, К. Е. Кудрявцев, А. В. Новиков, П. А. Юнин, Д. В. Юрасов — ИФМ РАН;
С. А. Денисов, Н. В. Дикарева, Б. Н. Звонков, С. А. Матвеев, С. М. Некоркин, В. Г. Шенгуров — НИФТИ ННГУ;

Аннотация

Рис. 1. Ватт-амперные характеристики лазерных диодов с волноводным слоем GaAs (1, импульсный режим) и In0.01Ga0.99As (2, непрерывный режим) при комнатной температуре.	Рис. 2. Спектры излучения лазерного диода при Т = 300 К. Ток импульсной накачки: 1 — 10 А, 2 — 20 А, 3 — 30 А (ширина активной области 100 мкм и длина 1 мм).

Публикации

1. В. Я. Алешкин, Н. В. Дикарева, А. А. Дубинов, С. А. Денисов, З. Ф. Красильник, К. Е. Кудрявцев, С. А. Матвеев, С. М. Некоркин, В. Г. Шенгуров / Стимулированное излучение из InGaAs/GaAs/AlGaAs гетероструктуры, выращенной на Si подложке // Письма в ЖЭТФ 100, 900−903 (2014).
2. В. Я. Алёшкин, Н. В. Дикарева, А. А. Дубинов, Б. Н. Звонков, З. Ф. Красильник, С. М. Некоркин / Излучательные характеристики лазерных диодов на основе соединений А3В5, выращенных на германиевой подложке // Письма в ЖТФ 41, 105−110 (2015).
3. Н. В. Дикарева, С. М. Некоркин, Б. Н. Звонков, В. Я. Алешкин, А. А. Дубинов / Нелинейное смешение гармоник в InGaAs/InGaP/GaAs-лазере на германиевой подложке // Квантовая электроника 45, 204−206 (2015).
4. В. Я. Алешкин, Н. В. Дикарева, А. А. Дубинов, Б. Н. Звонков, К. Е. Кудрявцев, С. М. Некоркин, А. В. Новиков, П. А. Юнин, Д. В. Юрасов / Волноводный эффект квантовых ям InGaAs в структуре GaAs на подложке Si с буферным слоем Ge. // Письма в ЖТФ 41, 72−78 (2015).

Показано, что в джозефсоновском транспорте в системах с нанопроводами с малым числом проводящих каналов возникают магнитные осцилляции критического тока с различными периодами, связанные как с орбитальным эффектом, так и с зеемановским взаимодействием. Предложен теоретический критерий формирования фи-контакта в таких системах и обнаружен кроссовер по температуре между состояниями с различной периодичностью по магнитному полю, соответствующей эффекту Ааронова-Бома для электронов и куперовских пар.

Руководитель

А. С. Мельников

Авторы

С. В. Миронов — ИФМ РАН;
A. Buzdin — Университет Бордо, Франция;

Публикации

S. Mironov, A. Mel’nikov, A. Buzdin / Double Path Interference and Magnetic Oscillations in Cooper Pair Transport through a Single Nanowire // Phys. Rev. Lett. 114, 227001 (2015).

Построена теория резонансного туннелирования флуктуационных куперовских пар через SISконтакт, находящийся под действием микроволнового излучения. Показано, что средний по времени ток как функция напряжения на сверхпроводящих электродах имеет особенности при тех же значениях напряжения V_n = ħωn/2e, где наблюдаются ступени Шапиро на вольт-амперной характеристике контакта ниже критической температуры.

Руководитель

А. С. Мельников

Авторы

A. Galda, V.M. Vinokur — Argonne National Laboratory, USA;

Аннотация

Рис. 1. Численное моделирование вольтамперных характеристик 1DSIS контакта в зависимости от приведенной температуры ε = (T — Tc)/Tc и приложенного постоянного напряжения V0 при температурах выше критической. Высота пиков туннельного тока при резонансных значениях напряжения Vn возрастает при приближении к Tc. Соответствующие значения ωτGL меняются от 2 до 100, что иллюстрирует переход от стационарного к резонансному режиму. Параметры. Использованные при численном моделировании: 2eV1 = 5ħω, πħω/8kBTc =0,1, что экспериментально соответствует контакту с Tc= 10 K, облучаемому микроволновым излучением с частотой 53 ГГц амплитудой переменного напряжения V1 = 0.33 мВ.

Публикации

A. Galda, A. S. Mel’nikov, V. M. Vinokur / Resonant tunneling of fluctuation Cooper pairs // Scientific Reports 5, 8315 (2015).

Предложен «первопринципный» метод изучения шероховатостей сверхгладких оптических элементов с латеральными размерами 10 мкм — 2 мм, с использованием эталонной сферической волны, формируемой в результате дифракции света на одномодовом оптическом волокне с суб-волновой выходной апертурой. Метод позволяет измерять шероховатости с минимальными высотами на уровне 0.05 нм. Результаты измерений хорошо коррелируют с данными атомно-силовой микроскопии в области пересечения их спектральных диапазонов пространственных частот шероховатостей. Метод позволяет сертифицировать традиционные приборы для измерения шероховатостей (интерферометры белого света, микроинтерферометры, различные профилометры и др.).

Руководитель

Н. И. Чхало

Авторы

М. В. Зорина, Н. Н. Салащенко, М. В. Свечников, М. Н. Торопов

Публикации

1. N. I. Chkhalo, N. N. Salashchenko, and M. V. Zorina / A stand on the base of atomic force microscope to study substrates for imaging optics // Review of Scientific Instruments 86, 016102 (2015).
2. M. V. Svechnikov, N. I. Chkhalo, M. N. Toropov, N. N. Salashchenko, and M. V. Zorina / Application of point diffraction interferometry for middle spatial frequency roughness detection // Opt. Lett. 40, 159−162 (2015).
3. M. V. Svechnikov, N. I. Chkhalo, M. N. Toropov, and N. N. Salashchenko / Resolving capacity of the circular Zernike polynomials. Optics Express 23, 14677−14694 (2015).

Разработана методика независимого определения изменения толщины и температуры полупроводниковых структур в технологическом процессе с использованием метода низкокогерентной тандемной интерферометрии с двумя источниками излучения с разнесёнными спектрами. Возможности методики продемонстрированы в процессе плазмохимического травления пластины кремния, который сопровождается её нагревом. Абсолютная точность определения температуры составляет 3 °C. Уровень шума (3σ) при измерениях изменений толщины и температуры не превышает 20 нм и 3 °C соответственно.

Руководитель

П. В. Волков

Авторы

А. В. Горюнов, А. Ю. Лукьянов, А. Д. Тертышник, А. И. Охапкин

Публикации

1. П. В. Волков, А. В. Горюнов, А. Ю. Лукьянов, А. Д. Тертышник / Измерение толщины полупроводниковых подложек в условиях нестационарной температуры с использованием низкокогерентного тандемного интерферометра // Письма в ЖТФ 41, 8−16 (2015).
2. P. V. Volkov, A. V. Goryunov, A. Yu. Lukyanov, A. I. Okhapkin, A. D. Tertyshnik, V. V. Travkin, P. A. Yunin / Continuous monitoring of temperature and rate of plasma etching of semiconductor wafers // Appl. Phys. Lett. 107, 111601 (2015).

Реализована оригинальная методика создания гетероструктуры GaN/AlN на нанокристаллическом алмазе с целью улучшения отвода тепла для нитридных приборов, включающая рост AlN на кремниевой подложке CVD методом, нанокристаллического алмаза на AlN, селективное стравливание подложки кремния и эпитаксию слоя GaN на AlN. Получен слабодефектный монокристаллический слой GaNна нанокристаллической алмазной подложке с шириной рентгенодифракционной кривой качания отражения (0002) 0,35°.

Руководитель

В. И. Шашкин

Авторы

О. И. Хрыкин, Ю. Н. Дроздов, М. Н. Дроздов, П. А. Юнин — ИФМ РАН;
С. А. Богданов, А. Б. Мучников, А. Л. Вихарев, Д. Б. Радищев — ИПФ РАН;

Публикации

О. И. Хрыкин, Ю. Н. Дроздов, М. Н. Дроздов, П. А. Юнин, В. И. Шашкин, С. А. Богданов, А. Б. Мучников, А. Л. Вихарев, Д. Б. Радищев / Монокристаллические слои GaN/AlN на CVD-алмазе // Письма в ЖТФ 41, 73−80 (2015).

Проведено моделирование баллистического детектора слабых магнитных полей на основе длинных джозефсоновских контактов и показано, что при оптимизация тока смещения и места расположения источника поля (например, кубита) отношение сигнал/шум может достигать значений 10−100 при типичных значениях параметров (Т = 50 мК — 5 К, затухание 0,01), что показывает реализуемость такого детектора. Показано, что для симметричной схемы детектора отношение сигнал/шум может быть дополнительно увеличено до 5 раз по сравнению со стандартной схемой.

Руководитель

А. Л. Панкратов

Авторы

А. В. Гордеева, Л. С. Ревин

Публикации

A. L. Pankratov, А. V. Gordeeva, L. S. Kuzmin / Drastic suppression of noise-induced errors in underdamped long Josephson junctions // Phys. Rev. Lett. 109, 87 003 (2012).

I. I. Soloviev, N. V. Klenov, A. L. Pankratov, E. Il’ichev, L. S. Kuzmin / Effect of Cherenkov radiation on the jitter of solitons in the driven underdamped Frenkel-Kontorova model // Phys. Rev. E 87, 60 901 (2013).

I. I. Soloviev, N. V. Klenov, S. V. Bakurskiy, A. L. Pankratov, L. S. Kuzmin / Symmetrical Josephson vortex interferometer as an advanced ballistic single-shot detector // Appl. Phys. Lett. 105, 202 602 (2014).

I. I. Soloviev, N. V. Klenov, A. L. Pankratov, L. S. Revin, E. Ilichev, L. S. Kuzmin / Soliton scattering as a measurement tool for weak signals // Phys. Rev. B 92, 14 516 (2015).