Заведующий лабораторией: д.ф.-м.н Кривобок Владимир Святославович, заместитель заведующего кафедрой квантовой радиофизики МФТИ
Ключевые сотрудники:
- Вишнякова Г.А., с.н.с.-зам. зав. лаб., к.ф.-м.н.
- Хабарова К.Ю., в.н.с., д.ф.-м.н.
- Пручкина А.А., с.н.с., к.ф.-м.н.
- Мирончук Е.С., с.н.с., к.ф.-м.н.
- Шевченко М.А., с.н.с. к.ф.-м.н.
- Трегубов Д.О., с.н.с., к.ф.-м.н.
Лаборатория размещена в Лабораторном корпусе МФТИ на 2-ом этаже
Основные направления исследований
Осенью 2022 года в рамках конкурсного отбора по программе «Приоритет-2030» в ЛФИ МФТИ открылась лаборатория оптики ультрахолодных атомных систем и функциональных материалов, созданная совместно с Физическим институтом им.П.Н.Лебедева РАН. Лаборатория функционирует в тесном взаимодействии с кафедрой квантовой радиофизики МФТИ (базовая кафедра ФИАН).
Лаборатория ориентирована на решение комплекса задач современной фотоники и оптических квантовых технологий. Основными объектами исследований являются ультрахолодные атомные ансамбли и 2D функциональные материалы, перспективные для квантовых вычислителей и сенсорики. Исследуются также нелинейно-оптические эффекты в субмикронных системах и наноструктурах различного состава, формы и размеров. Наряду с узкоспециализированными задачами экспериментальная база лаборатории позволит развивать новые междисциплинарные направления, связанные как с квантовыми симуляциями 2D материалов, так и с исследованием сложных квантовых систем, возникающих в результате взаимодействия холодных атомов с атомарно тонкими пленками.
Основные задачи, решаемые в лаборатории
- Глубокое лазерное охлаждение и захват в магнито-оптическую ловушку атомов рубидия, перезахват одиночных атомов и плотных атомных ансамблей в оптические пинцеты (оптические дипольные ловушки), охлаждение до основного колебательного состояния, возбуждение высоковозбуждённых ридберговских состояний.
- Исследование переходных процессов в двумерных полупроводниках, таких как генерация и рекомбинация Френкелевских пар, методом прецизионной спектроскопии переходов на ридберговские состояния в атомах рубидия, чувствительных к электрическому полю, сопровождающему изучаемые неравновесные процессы.
- Проведение комплексных исследований, включающих синтез дихалькогенидов постпереходных металлов при высоких давлениях (HTHP), создание на их основе атомарно тонких пленок p- и n- типов, затем, на финальном этапе, реализация ван-дер-ваальсовых гетероструктур с атомарно тонким p-n переходом. Решение данной группы задач позволит создать значительный задел для отечественной фотосенсорики и нанофотоники, основу которой составляют функциональные 2D материалы.
- Синтез слоистых полупроводников, дихалькогенидов редкоземельных металлов, при помощи методики HTHP, и изучение возможностей легирования для данного метода роста. Исследование оптических свойств полученных объемных кристаллов и изготовленных из них тонких пленок. Используются бесконтактные оптические методы исследования, допускающие высокое пространственное разрешение: низкотемпературная спектроскопия микро-фотолюминесценции, микро-отражения и комбинационного рассеяния света.
- Исследование нелинейных оптических эффектов (вынужденное комбинационное рассеяние, генерация гармоник, лазерная генерация и эффекты локализации фотонов) в нано и субмикронных системах при оптической накачке мощным импульсным излучением.
- Исследование способов повышения эффективности взаимодействия излучения с веществом (в том числе, увеличения эффективности метода лазерной искровой эмиссионной спектроскопии, различных нелинейных взаимодействий) на основе эффекта локального поля в системах с поверхностным плазмонным резонансом В качестве объектов исследования используются как неупорядоченные, так упорядоченные системы (суспензии, фотонные кристаллы).
Наиболее яркие научные результаты сотрудников лаборатории, полученные в последние годы
- В МФТИ создана лазерная установка для получения ультрахолодных облаков атомов рубидия.
- В ростовой среде сера-олово-углерод реализован синтез дисульфида олова при высоких давлениях и высоких температурах. Показано, что синтезированные кристаллы относятся к 2H политипу, характеризуются высоким структурным совершенством и позволяют получать атомарно-тонкие пленки. В синтезированных кристаллах и полученных из них тонких пленках обнаружена новая люминесцентная система, с интенсивным бесфононным переходом в районе 885 нм (1.4 эВ). На основе расчетов из первых принципов данная система отождествлена с Ян-Теллеровским центром, который формируется примесью углерода на подрешетке олова.
Спектр низкотемпературной (5 К) микрофотолюминесценции тонкой пленки дисульфида олова SnS2, синтезированного при высоких давлении и температуре. Обнаружена яркая ближняя ИК люминесценция.
Изображение поверхности монослоя EuS2, поученное на атомно-силовом микроскопе. Наши наработки в исследованиях оптических свойств дихалькогеднидов редкоземельных и постпереходных металлов, реализующих слоистую структуру, позволяют получать сверхтонкие пленки (вплоть до монослоев) при помощи механического расщепления. Монослой EuS2 получен из объемного кристалла, синтезированного методом высоких температур и высоких давлений. Было установлено что по измерениям угловой зависимости интенсивности поляризованного комбинационного рассеяния света возможно определить кристаллографическую ориентацию тонких пленок.
Увеличение на порядок интенсивности эмиссионных линий атомов кремния, содержащихся в синтетической опаловой матрице, при нанесении на ее поверхность субмикронных серебряных частиц в методе Лазерно-Искровой Эмиссионной Спектрометрии.
Избранные статьи
- Skrabatun, A. V., Umanskaya, S. F., Shevchenko, M. A., Matrokhin, A. A., Maresev, A. N., & Tcherniega, N. V. (2023). Synthetic Opals in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Problems. Physics of Wave Phenomena, 31(1), 51-58. 7.
- Matrokhin, A. A., Shevchenko, M. A., Umanskaya, S. F., Tareeva, M. V., Kudryavtseva, A. D., & Tcherniega, N. V. (2022, September). Second-Harmonic Generation in Aggregates of Lithium Niobate Particles Formed upon Suspension Freezing. In Photonics (Vol. 9, No. 10, p. 705). MDPI.
- Shevchenko, M. A., Zemskov, K. I., Karpov, M. A., Kudryavtseva, A. D., Maresev, A. N., Tcherniega, N. V., & Umanskaya, S. F. (2022). Raman random lasing—Extremely high conversion efficiency and temperature dependence. Optics Communications, 508, 127795.
- А.Д. Легошин, К.А. Лискова, К.С. Кудеяров, Г.А. Вишнякова, Е.С. Мирончук, Н.О. Жаднов, Д.С. Крючков, К.Ю. Хабарова, Н.Н. Колачевский, Система активного наведения для передачи ультрастабильных сигналов оптической частоты по воздушному каналу, ЖЭТФ, том 164/137 номер 8(2) (2023), принята к печати
- V.S. Krivobok, E.A. Ekimov, M.V. Kondrin, S.N. Nikolaev, M.A. Chernopitssky, A.A. Deeva, D.A. Litvinov, I.I. Minaev. Tin disulfide with bright near-IR luminescence centers obtained at high pressures. Physical Review Materials, 6(9), 094605 (2022) https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.094605
- Ekimov E., Nikolaev S., Ivanova A., Sidorov V., Shiryaev A., Usmanov I., Vasiliev A., Artemov, V., Kondrin M., Chernopitssky M., Krivobok V. Structural, optical and transport properties of layered europium disulfide synthesized under high pressure. CrystEngComm, 25, 2966-2978 (2023) https://doi.org/10.1039/D2CE01647H
- В.С. Кривобок, Д.Ф. Аминев, Е.Е. Онищенко, В.В. Ушаков, С.И. Ченцов, Д.И. Зазымкина. Тонкая структура перехода 3T1 (3H) → 5E (5D) иона Fe2+ в селениде цинка. Письма в ЖЭТФ, том 117, выпуск 5, стр. 350–355 (2023) doi:10.31857/S1234567823050051
- А.А. Пручкина, В.С. Кривобок, М.А. Чернопицский, С.Н. Николаев, С.И. Ченцов, Н.С. Татаринова, Л.А. Баринов. Наблюдение отдельных (квантовых) излучателей, сформированных различными типами дислокационных ядер в плёнках теллурида кадмия. Краткие сообщения по физике ФИАН, номер 2, стр. 29-40 (2023)
Фотоархив лаборатории
Магнито-оптическая ловушка. Справа – фотография облака ультрахолодных атомов 87Rb
Молодежь лаборатории
- Чернопицский М.А., м. н. с., аспирант
- Легошин А.Д., техник, студент
- Воронова Т.А., техник, студент
- Лискова К.А., техник, студент
- Ахметгалиев Э.К., техник, студент
- Матюхин Н.Д., техник, студент
Контакты
- Кривобок Владимир Святославович, kolob7040@gmail.com
- Вишнякова Гульнара Александровна, gulnarav7@gmail.com
- Чернопицский Максим Александрович, 166chemax@gmail.com
- Шевченко Михаил Александрович, mishev87@mail.ru