Учёные НГУ вырастили наноструктуру для создания проникающего лазерного излучения

Новосибирские физики совместно с иностранными коллегами обнаружили, что полупроводниковые структуры на основе твердых растворов кадмий-ртуть-теллур способны генерировать лазерное излучение в терагерцовом диапазоне. Более того, используя слабое магнитное поле, можно менять длину волны лазера (что важно для технологических применений). Ранее попытки сделать подобные источники когерентного излучения терпели неудачу. В успешном эксперименте приняли участие исследователи Новосибирского госуниверситета и Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, синтезировавшие материал требуемого состава.

В ИФП СО РАН ведутся многолетние исследования по разработке структур на основе теллурида кадмия и ртути, которые преимущественно используются в фотоприемниках инфракрасного излучения. У этого полупроводникового материала изменяется ширина запрещенной зоны в зависимости от соотношения кадмия и ртути в твердом растворе. Запрещенная зона — энергия, нужная электрону для перехода из валентной зоны в зону проводимости. Проще говоря, когда электроны преодолевают запрещенную зону, полупроводник начинает проводить ток.

«Мы вырастили полупроводниковую наноструктуру на основе твердого раствора кадмий-ртуть-теллур с составом, в котором наблюдается безщелевой энергетический спектр — то есть ширина запрещенной зоны полупроводника равна нулю. Большая группа наших коллег из совместной международной лаборатории (Laboratory of Terahertz and Mid-Infrared collective Phenomena in Semiconductor Nanostructures, TERAMIR), включая ученых из Франции, Германии и Польши провела исследования новых структур и экспериментально пронаблюдала подавление Оже-рекомбинации до трех порядков, что открывает перспективы для создания терагерцовых лазерных структур. Вырастить требуемый полупроводниковый материал непросто: в каждой его точке должен соблюдаться определенный состав с нужными концентрациями кадмия, теллура и ртути, и флуктуации состава должны быть минимальны. Невозможно избежать их полностью, но они тем меньше, чем ниже температура роста. Мы использовали метод молекулярно-лучевой эпитаксии, он позволяет выбрать минимальные ростовые температуры по сравнению с другими способами и вырастить кристаллические пленки нанометровой толщины заданного состава. Причем последний можно контролировать на атомарном уровне» , — пояснил старший научный сотрудник учебно-научной лаборатории квантовых явлений в конденсированных системах Физического факультета НГУ и лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии соединений A2B6 ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Николай Николаевич Михайлов.

Проведенные исследования показали, что материал на основе твердых растворов теллурида кадмия и ртути с составом, соответствующим безщелевому энергетическому спектру перспективен для создания компактного лазера для терагерцовых и инфракрасных областей спектра с перестраиваемой малыми магнитными полями длиной волны излучения.