Оптика и нелинейная оптика полупроводниковых наноструктур

В лаборатории изучаются нелинейно-оптические свойства полупроводниковых квантово-размерных структур (нанопластины, квантовые точки) различными методами лазерной спектроскопии,  а также теоретически исследуются неравновесные нестационарные процессы в структурах сверхмалых размеров при наличии межчастичного взаимодействия, в том числе кулоновских корреляций и электрон-фононного взаимодействия.

В течение последних нескольких десятилетий объектами исследования многих научных групп, работающих в области физики твердого тела, стали структуры пониженной размерности. Малые размеры этих структур в каком-либо направлении a, сравнимые с длиной волны де Бройля (a ≥ λ), согласно законам квантовой механики, приводят к изменению энергетического спектра носителей заряда. Квантово-размерный эффект приводит к возникновению дискретной структуры электронных и дырочных уровней энергии и ее зависимости от размеров нанокристаллов. Меняя размеры нанокристаллов, можно изменять спектр их энергетических состояний и физические свойства, т.е. создавать материал с заранее заданными свойствами.

Основное направление экспериментальной деятельности связано с изучением взаимодействия лазерного излучения с нанокристаллами, в частности с квантовыми точками (0D-структуры), нанопластинами и наносвитками (2D-структуры), а также с наночастицами в форме тетраподов.  В лаборатории разработаны и отлажены оригинальные высокоточные экспериментальные установки и методики для исследования нелинейно-оптических свойств полупроводниковых квантово-размерных структур и получены результаты, сравнимые с мировым уровнем.

Лаборатория оснащена обширной базой современного научного оборудования, которое необходимо для реализации различных методов лазерной спектроскопии. В частности, в лаборатории имеются фс–, пс–, и нс–лазеры, спектрометрическое оборудование, цифровой осциллограф, оптические элементы и т.д.

В лаборатории также исследуются особенности электрических, фотоэлектрических и оптических свойств аморфных, микрокристаллических и органических полупроводников, перспективных для создания гибких тонкопленочных элементов микро и оптоэлектроники, а также изучается лазерно-индуцированная модификации структуры указанных материалов, позволяющая создавать на их основе элементы нанофотоники.

Эффективное функционирование электронных и оптоэлектронных устройств, созданных на основе полупроводников, связано с процессами, управляющими поведением в них электронной подсистемы. Эта взаимосвязь определяет «материаловедческое» направление исследований, проводимых в лаборатории, а именно, исследование особенностей механизмов генерации, переноса и рекомбинации носителей заряда в тонкопленочных полупроводниках и структурах, некоторые из которых с уникальными свойствами создаются в процессе исследований. В лаборатории проводятся измерения проводимости, фотопроводимости и поглощения тонкопленочных полупроводников (с учетом их специфики) в широком спектральном диапазоне при различных температурах.

Портрет Эйнштейна, сформированный в пленке аморфного кремния  в результате её наноструктурирования излучением фемтосекундного лазера, при различных поляризациях падающего света.

Сотрудники направления

Статьи в рецензируемых журналах за период 2016-2024 гг.

  1. Mantsevich V.N., Smirnov D.S., «Tunneling spin Nernst effect for a single quantum dot» // Physical Review B V. 110, 2024, 035306.
  2. Klimenko G.A., Hasan A., Yakimov B.P., Saidzhonov B.M., Vasiliev R.B., Mantsevich V.N., Smirnov A.M., «Control under optical, nonlinear optical and kinetic properties of two-dimensional gradient CdSe1-xSx nanocrystals» // ournal of Luminescence V. 275, 2024, 120732.
  3. Maslova N.S., Mantsevich V.N., Sokolov I.M., Arseyev P.I., «Time evolution of entangled Bell states in coupled quantum dots in the presence of fluctuations» // Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics V. 109, 2024, 032430-1.
  4. Kurilovich Aleksandr A., Mantsevich Vladimir N., Chechkin Aleksei V., Palyulin Vladimir V., «Negative diffusion of excitons in quasi-two-dimensional systems» // Physical Chemistry Chemical Physics V. 26(2), 2024, 922.
  5. Saitov S., Litvinenko D.N., Aleksandrov A.E., Snigirev O.V., Tameev A.R., Smirnov A.M., Mantsevich V.N., «Spectral (in)dependence of nonequilibrium charge carriers lifetime and density of states distribution in the vicinity of the band gap edge in F8BT polymer» // Applied Physics Letters V. 123(19), 2023, 191108.
  6. Mantsevich V.N., Rozhansky I.V., Frolov D.A., Maslova N.S., Averkiev N.S., «Effective spin filtering in correlated semiconductor nanostructures» // Journal of Magnetism and Magnetic Materials V. 587, 2023, 171357.
  7. Maslova N.S., Arseyev P.I., Sokolov I.M., Mantsevich V.N., «Noise induced dynamics of two-qubit entangled Bell’s states» // Journal of Physics and Chemistry of Solids V. 183, 2023, 111638.
  8. Mantsevich V.N., Smirnov D.S., «Kondo enhancement of current-induced spin accumulation in a quantum dot» // Physical Review B V. 108, 2023, 035409.
  9. Smirnov A.M., Nestoklon M.O., Shirshin E.A., Ezhova K.V., Gayer A.V., Vasiliev R.B., Dneprovskii V.S., Mantsevich V.N., «Charge Carrier Localization Impact on the Spectral–Temporal Photoluminescence Separation in Type II CdTe/CdSe Nano-Heterostructures» // Journal of Physical Chemistry C V. 127(23), 2023, 11119.
  10. Pokryshkin N.S., Mantsevich V.N., Timoshenko V.Y., «Anti-Stokes photoluminescence in halide perovskite nanocrystals: from understanding the mechanism towards application in fully solid-state optical cooling» // Nanomaterials V. 13, 2023, 1.
  11. Rozhansky I.V., Mantsevich V.N., Maslova N.S., Arseyev P.I., Averkiev N.S., «Dynamic electron spin injection in semiconductor nanostructures» // Journal of Magnetism and Magnetic Materials V. 565, 2023, 170303.
  12. Saitov Shamil R., Amasev Dmitriy V., Aleksandrov Alexey E., Kazanskii Andrey G., Saidzhonov Bedil M., Melnikov Aleksandr E., Zhang Guihang, Tameev Alexey R., Vasiliev Roman B., Smirnov Aleksandr M., Mantsevich Vladimir N., «Photoconductivity and electronic processes in PCDTBT polymer composite with embedded CdSe nanoplatelets» // Organic Electronics V. 112, 2023, 106693.
  13. Maslova N.S., Arseyev P.I., Sokolov I.M., Mantsevich V.N., «Entanglement between quantum dots electronic spins and circular polarized cavity photons due to the spin–orbit interaction» // Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures V. 146, 2023, 115553.
  14. Mantsevich V.N., Smirnov D.S., «Current-induced hole spin polarization in a quantum dot via a chiral quasi bound state» // NANOSCALE HORIZONS V. 7, 2022, 752.
  15. Kurilovich Aleksandr A., Mantsevich Vladimir N., Mardoukhi Yousof, Stevenson Keith J., Chechkin Aleksei V., Palyulin Vladimir V., «Non-Markovian diffusion of excitons in layered perovskites and transition metal dichalcogenides» // Physical Chemistry Chemical Physics V. 24(22), 2022, 13941.
  16. Maslova N.S., Mantsevich V.N., Arseyev P.I., Sokolov I.M., «Spatial transfer of entangled states in the correlated quantum dots system» // Laser Physics Letters V. 19(5), 2022, 055208.
  17. Smirnov Alexander M., Golinskaya Anastasia D., Mantsevich Vladimir N., Kozlova Maria V., Ezhova Kseniia V., Saidzhonov Bedil M., Vasiliev Roman B., Dneprovskii Vladimir S., «Optical gain appearance in the CdSe/CdS nanoplatelets colloidal solution» // Results in Physics V. 32, 2022, 105120.
  18. Smirnov D.S., Mantsevich V.N., Glazov M.M., «Theory of optically detected spin noise in nanosystems» // Physics Uspekhi V. 64(9), 2021, 923.
  19. Golinskaya A.D., Smirnov A.M., Mantsevich V.N., Kozlova M.V., Kurtina D.A., Vasiliev R.B., Dneprovskii V.S., «Dependence of the nonlinear optical response of CdSe nanoscrolls on coating with oleic or acetic acid» // Journal of Physics: Conference Series V. 2015, 2021, 012048.
  20. Maslova N.S., Mantsevich V.N., Luchkin V.N., Palyulin V.V., Arseyev P.I., Sokolov I.M., «Quantum interference effects in multi channel correlated tunneling structures» // Scientific reports V. 11, 2021, 17676.
  21. Luchkin V.N., Mantsevich V.N., Maslova N.S., «Non-stationary Spin-polarized Tunneling through a Quantum Dot Coupled to Noncollinearly Polarized Ferromagnetic Leads» // JETP Letters V. 113(11), 2021, 681.
  22. Golinskaya Anastasiya D., Smirnov Alexander M., Kozlova Maria V., Zharkova Ekaterina V., Vasiliev Roman B., Mantsevich Vladimir N., Dneprovskii Vladimir S., «Tunable blue-shift of the charge-transfer photoluminescence in tetrapod-shaped CdTe/CdSe nanocrystals» // Results in Physics V. 27, 2021, 104488.
  23. Afinogenov Boris I., Sofronov Anton N., Antropov Ilya M., Filatov Nikita R., Medvedev Anton S., Shorokhov Alexander S., Mantsevich Vladimir N., Maslova Natalia S., Kim Taehyun, Jeang Eunhee, Kim Ingi, Seo Minhwan, Han Kyunghun, Bae Sangwoo, Joo Wondon, Yoo Hosun, Bessonov Vladimir O., Fedyanin Andrey A., Ryabko Maksim V., Polonsky Stanislav V., «Visible upconversion luminescence of doped bulk silicon for a multimodal wafer metrology» // Optics Letters V. 46(13), 3071.
  24. Maslova N.S., Arseyev P.I., Mantsevich V.N., «Tunneling current and noise of entangled electrons in correlated double quantum dot» // Scientific reports V. 11, 2021, 9336.
  25. Rozhansky I.V., Mantsevich V.N., Maslova N.S., Arseyev P.I., Averkiev N.S., Lahderanta E., «Ultrafast electrical control of optical polarization in hybrid semiconductor structure» // Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures V. 132, 2021, 114755.
  26. Smirnov Alexander M., Golinskaya Anastasiya D., Kozlova Maria V., Saidzhonov Bedil M., Vasiliev Roman V., Mantsevich Vladimir N., Dneprovskii Vladimir S., «Peculiarities of exciton interaction and relaxation in colloidal CdSe/CdS nanoplatelets» // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering V. 11770, 2021, 1177010 .
  27. Zhukov E.A., Mantsevich V.N., Yakovlev D.R., Krivenko I.S., Nedelea V.V., Kowski D., Waag A., Karczewski G., Wojtowicz T., Bayer M., «Magnetic field dependence of the in-plane hole g factor in ZnSe- and CdTe-based quantum wells» // Physical Review B V. 103(12), 2021, 125305 .
  28. Maslova N.S., Mantsevich V.N., Arseyev P.I., Sokolov I.M., «Tunneling current-induced entanglement between electronic and vibrational modes in coupled molecules» // Laser Physics Letters V. 18, 2021, 025203.
  29. Smirnov A.M., Golinskaya A.D., Saidzhonov B.M., Vasiliev R.B., Mantsevich V.N., Dneprovskii V.S., «Exciton-exciton interaction and cascade relaxation of excitons in colloidal CdSe nanoplatelets» // Journal of Luminescence V. 229, 2021, 117682 .
  30. A.A. Kurilovich, V.N. Mantsevich, K.J. Stevenson, A.V. Chechkin, V.V. Palyulin, «Complex diffusion-based kinetics of photoluminescence in semiconductor nanoplatelets» // Physical Chemistry Chemical Physics V. 22, 2020, 24686.
  31. E.A. Zhukov, V.N. Mantsevich, D.R. Yakovlev, N.E. Kopteva, E. Kirstein, A. Waag, G. Karczewski, T. Wojtowicz, M. Bayer, «Renormalization of the electron g factor in the degenerate two-dimensional electron gas of ZnSe- and CdTe-based quantum wells» // Physical Review B V. 102, 2020, 125306.
  32. N.S. Maslova, V.N. Mantsevich, P.I. Arseyev, I.M. Sokolov, «Entanglement between electronic and vibrational Schrodinger-cat states in coupled molecules» // Physical Review A V. 101, 2020, 062514.
  33. A.M. Smirnov, K.V. Ezhova, V.N. Mantsevich, V.S. Dneprovskii, «Dynamic photonic crystal in a colloidal quantum-dot solution: formation, structure analysis, and dimensionality switching» // Optics Letters V. 45(8), 2020, 2415.
  34. I.V. Rozhansky, V.N. Mantsevich, N.S. Maslova, P.I. Arseyev, N.S. Averkiev, E. Lahderanta, «Split-off states in tunnel-coupled semiconductor heterostructures for ultrafast modulation of spin and optical polarization» // Physical Review B V. 101, 2020, 045305.
  35. E. Kirstein, N.V. Kozyrev, M.M. Afanasiev, V.N. Mantsevich, I.S. Krivenko, V.K. Kalevich, M. Salewski, S. Chusnutdinow, T. Wojtowicz, G. Karczewski, Yu.G. Kusrayev, E.A. Zhukov, D.R. Yakovlev, M. Bayer, «Short range proximity effect induced by exchange interaction in tunnel-coupled CdTe and (Cd,Mn)Te quantum wells» // Physical Review B V. 101, 2020, 035301.
  36. N.S. Maslova, P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, «Correlated impurity complex in the asymmetric tunneling contact: an ideal system to observe negative tunneling conductivity» // Scientific Reports V.9, 2019, 15974.
  37. A.M. Smirnov, A.D. Golinskaya, P.A. Kotin, S.G. Dorofeev, E.V. Zharkova, V.V. Palyulin, V.N. Mantsevich, V.S. Dneprovskii, «Damping of Cu-associated photoluminescence and formation of induced absorption in heavily Cu-doped CdSe quantum dots» // Journal of Physical Chemistry C V. 123, 2019, 27986.
  38. V.N. Mantsevich, D.S. Smirnov, «Universal power law decay of spin polarization in double quantum dot» // Physical Review B V. 100, 2019, 075409.
  39. N.S. Maslova, V.N. Mantsevich, P.I. Arseyev, I.M. Sokolov, «Tunneling current induced squeezing of the single-molecule vibrational mode» // Physical Review B V. 100, 2019, 035307.
  40. A.M. Smirnov, V.N. Mantsevich, D.S. Smirnov, A.D. Golinskaya, M.V. Kozlova, S B.M. Saidzhonov, V.S. Dneprovskii, R.B. Vasiliev, «Heavy-hole and light-hole excitons in nonlinear absorption spectra of colloidal nanoplatelets» // Solid State Communications V.299, 2019, 113651.
  41. A.M. Smirnov, A.D. Golinskaya, P.A. Kotin, S.G. Dorofeev, V.V. Palyulin, V.N. Mantsevich, V. S. Dneprovskii, «Photoluminescence and nonlinear transmission of Cu-doped CdSe quantum dots» // Journal of Luminescence V. 213, 2019, 29-35.
  42. N.S. Maslova, P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, «Effect of phonon induced spin-flip processes on correlated quantum dot kinetics» // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures  V.113, 2019, 8-13.
  43. A.M. Smirnov, A.D. Golinskaya, B.M. Saidzhonov, R.B. Vasiliev, V.N. Mantsevich, V.S. Dneprovskii, «Phonon-assisted exciton absorption in CdSe/CdS colloidal nanoplatelets» // JETP Letters V. 109(6), 2019, 372-376
  44. N.S. Maslova, E.V. Anikin, V.N. Mantsevich, N.A. Gippius, I.M. Sokolov, «Quantum tunneling effect on switching rates of bistable driven system» // Laser Physics Letters V. 16, 2019, 045205
  45. N.S. Maslova, P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, «Probing and driving of spin and charge states in double quantum dot under the quench» // Scientific Reports V.9, 2019, 3130.
  46. V.N. Mantsevich, I.V. Rozhansky, N.S. Maslova, P.I. Arseyev, N.S. Averkiev, E. Lahderanta, «Mechanism of ultrafast spin-polarization switching in nanostructures» // Physical Review B V. 99, 2019, 115307.
  47. N.S. Maslova, P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, «Collective spin correlations and entangled state dynamics in coupled quantum dots» // Physical Review E V. 97, 2018, 022135.
  48. V.N. Mantsevich, N.S. Maslova, P.I. Arseyev, «The effect of external magnetic field changing on the correlated quantum dot dynamics» // Journal of Magnetism and Magnetic Materials V. 456, 2018, 194-198.
  49. V.N. Mantsevich, M.M. Glazov, «Fluctuations of tunneling currents in photonic and polaritonic systems» // Physical Review B V. 97, 2018, 155308.
  50. N.S. Maslova, I.V. Rozhansky, V.N. Mantsevich, P.I. Arseyev, N.S. Averkiev, E. Lahderanta, «Dynamic spin injection in the quantum well coupled to a spin-split bound state» // Physical Review B V. 97, 2018, 195445.
  51. V.N. Mantsevich, N.S. Maslova, P. I. Arseyev, «Non-stationary spin-polarized currents tuning in correlated quantum dot» // JETP Letters V.108(7), 2018, 485-491.
  52. P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, N.S. Maslova, V.I. Panov «Tunneling features in semiconductor nanostructures» // Physics Uspekhi V. 60 (11), 2017, 1067-1085.
  53. A.M. Smirnov, A.D. Golinskaya, K.V. Ezhova, M.V. Kozlova, V.N. Mantsevich, V.S. Dneprovskii, «Peculiarities of the nonlinear absorption of colloidal solutions of CdSe/ZnS quantum dots under stationary single-photon excitation of excitons» // JETP V.125 (5), 2017, 890-895.
  54. V.N. Mantsevich, N.S. Maslova, P.I. Arseyev, «Diagnostics of many-particle electronic states: non-stationary currents and residual charge dynamics» // JETP Letters V.105(2), 2017, 119-124.
  55. N.S. Maslova, V.N. Mantsevich, P.I. Arseyev, «Kinetics of local magnetic moment and non-stationary spin-polarized current in the single-impurity Anderson model» // JETP Letters V.105(4), 2017, 260-266.
  56. N.S. Maslova, P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, «Kondo correlations formation and the local magnetic moment dynamics in the Anderson model» // Solid State Communications V.252, 2017, 78-81.
  57. V.N. Mantsevich, N.S. Maslova, P.I. Arseyev, «Non-stationary spin-filtering effects in correlated quantum dot» // Physica E:low dimensional systems and nanostructures V.92, 2017, 224-229.
  58. V.V. Palyulin, V.N. Mantsevich, R. Klages, R. Metzler, A.V. Chechkin, «Comparison of pure and combined search strategies for single and multiple targets» // European Physical Journal B V.90, 2017, 170.
  59. V.N. Mantsevich, S.A. Tarasenko, «Fluid photonic crystal from colloidal quantum dots» // Physical Review A V. 96, 2017, 033855.
  60. N.S. Maslova, P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, «Quenched dynamics of entangled states in correlated quantum dots» // Physical Review A V. 96, 2017, 042301
  61. A.M. Smirnov, A.D. Golinskaya, K.V. Ezhova, V.N. Mantsevich, V.S. Dneprovskii, «Self-diffraction on a dynamic photonic crystal formed in a colloidal solution of quantum dots» // JETP Letters V.104(10), 2016, 674-678.
  62. Q. Guo, Z. Qin, M. Huang, V.N. Mantsevich, G. Cao, «Image potential states mediated STM imaging of cobalt phthalocyanine on NaCl/Cu(100)» // Chinese Physics B V.25(3), 2016, 036801.
  63. N.S. Maslova, V.N. Mantsevich, P.I. Arseyev, «Spatial-symmetry-induced dark states and charge trapping effects in the coupled quantum dots» // JETP V.122(6), 2016, 1084-1093.
  64. N.S. Maslova, V.N. Mantsevich, P.I. Arseyev, «Biased impurity tunneling current emission spectrum in the presence of quasi-particle interaction» // Solid State Communications V.241, 2016, 20-25.
  65. N.S. Maslova, V.N. Mantsevich, P.I. Arseyev, «Tunneling current noise spectra of biased impurity with a phonon mode» // JETP V.123, №5(11), 2016, 882-890.
  66. N.S. Maslova, P.I. Arseyev, V.N. Mantsevich, «Control of the non-stationary spin-polarized tunneling currents by applied bias changing» // Solid State Communications V.248, 2016, 21-2

Участие в научных конференция за период 2016-2021 гг.

«Nanostructures: Physics and Technology», «Low Dimensional Systems», «International Conference of Physical Students in Graz», «Nanoscale», «Contributions of International Scanning Probe Microscopy», «International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures», «Международный симпозиум Нанофизика и Наноэлектроника», «International Conference on Nanoscience and Technology», «International Symposium: «Nanostructures: Physics and Technology 2014», «International Conference on Problems of Strong Correlated and Interacting Systems», «International Microscopy Congress», «Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors conference», «Международная школа-конференция Проблемы физики твердого тела и высоких давлений», «Российская конференция по физике полупроводников», «Международный симпозиум Нанофизика и Наноэлектроника», «The international society fro optics and photonics: Nonlinear optics and applications», «Российская конференция по физике полупроводников», «International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics», «International Conference on the Physics of Semiconductors», «Международная научная конференция-школа Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применения», «Conference on the theory of solid state», «International Conference on Optics of Excitons in Internatianal Conference on Optics of Excitons in Confined Systems», «Квантовые материалы и технологии на нанометровой шкале», «Международная конференция “Физика А”»