Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України
Національна академія наук України

Пошук

Деталі
Перегляди: 6764

Лабораторія оптоелектронних молекулярно-напівпровідникових систем


 Bortchagovsky2


Керівник

Борщагівський  Євген Григорович

д.ф.-м.н., ст.н.с.

Тел.: 525-55-30; 501

ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

 

Склад відділу

Lozovsky

Лозовський Валерій Зіновійович

д.ф.-м.н., професор

Тел.: 525-55-30

ел. пошта:
Grynko

Гринько Дмитро Олександрович

к.т.н., ст.н.с.

Тел.: 597

ел. пошта:
 Dimitriev

Дімітрієв  Олег Петрович

к.ф.-м.н., ст.н.с.

Тел.: 782

ел. пошта:
   

Гриценко Костянтин Петрович

к.т.н., ст.н.с.

Тел:
   

Демиденко Юрій Володимирович

к.ф.-м.н, н.с.

Тел:

ел. почта:
   

Дорошенко Тамара Павлівна

ст.н.с.

Тел: 794

Ел. почта:
   

Федоряк Олександр Миколайович

м.н.с.

Тел: 597

ел. почта:
 

Петренко Володимир Юрійович

м.н.с.

Тел: 782

Ел. пошта:
   

Крюченко Сергій Володимирович

вед. інж.

Тел:
 

 

Кабан Олена Миколаївна

техн.

Тел:

 

Дослідження

Головні напрями наукової та технологічної роботи лабораторії:

  • Нанокристали, наночастинки: технологія, властивості, застосування;
  • Плазмоніка, ближньо-польові взаємодії;
  • Композіти;
  • Молекулярні системи, сенсибілізація, фотовольтаїка;

Досягнення

1.     Опис передачі енергії збудження у великих багатохромофорних системах нанорозмірних величин часто не відповідає класичній моделі Ферстера. У нашій роботі повідомляється про аномальне посилення фотолюмінесценції (ФЛ) у гетерогенній суміші J-агрегатів донорських та акцепторних тіамонометинеціанінових барвників, що перевищує суму вкладів ФЛ окремих донорських та акцепторних J-агрегатних розчинів. Незважаючи на щільне перекриття смуги випромінювання фотолюмінесценції донорського J-агрегату та смуги поглинання акцепторного J-агрегату, прямий дипольно-дипольний резонансний перенос енергії має лише незначний внесок у загальне посилення та його ефективність менше 10 %, тоді як основний внесок припадає на механізм відмінний від Ферстеровського, який трактується як утворення ексиплексу в гетерогенній системі. Перед початком випромінювання відбувається міграція екситону у межах J-агрегату до конкретних ділянок, де відбувається конкуренція між утворенням ексиплекса та ексимера за рахунок взаємодії із чужим або власним димером в основному стані, відповідно, завдяки чому тривалість часу життя збудження перевищує тривалість життя вільного екситону в ізольованому J-агрегаті. (опубліковано в O.P.Dimitriev, Yu.P. Piryatinski, Yu.L. Slominskii, Abnormal emission in the heterogeneous J-aggregate system. J. Phys. Chem. C 2019, 123, 28611−28619).

2.     Візуалізація функціонально різних доменів у сонячних батареях з об’ємними  гетеропереходами (ОГП) має першорядне значення для розуміння шляхів оптимізації фотовольтаїчної структури для досягнення найкращих показників. У нашій роботі розроблена методика виявлення напівпровідникових доменів n- та p- типу в структурах ОГП за допомогою атомно-силової мікроскопії (AFM). Метод базується на активної ролі напівпровідникового покриття зонда AFM, який здатний утворювати різні гетеропереходи з поверхнею зразка, тобто анізотипні р-n або ізотипні p+-p чи n+-n гетеропереходи. Ми ілюструємо цю концепцію на прикладі структур ОГП, які складені з неорганічного мікрокристалічного напівпровідника n-типу CdS та наноструктурованого порошку кестериту p-типу, а також двох типів покриттів зонду AFM, а саме, алмазу p-типу, легованого бором, та алмазу n-типу, легованого азотом, відповідно. Контактні вимірювання струму за допомогою зонда AFM продемонстрували однозначно різну діодну поведінку  гетероструктури зонд-поверхня при контакті напівпровідникових доменів n- або p- типу у структурі ОПГ. Моделювання рівнів енергії на інтерфейсі дозволило прояснити формулювання анізотипних або ізотипних гетеропереходів залежно від домену зразка та використовуваного зонда. Вимірювання потенціалу поверхні безконтактним методом Кельвіна підтвердило модель, що витікає з результатів вимірювання струмів контактним методом у структурі ОГП. (опубліковано в M. Kratzer, O.P.Dimitriev, A.N. Fedoryak, N.M. Osipyonok, P. Balaz, M.Balaz, M.Tesinsky, C. Teichert, The role of the probe tip material in distinguishing p- and n- type domains in bulk heterojunction solar cells by atomic force microscopy based methods, J. Appl. Phys. 2019, 125, 185305).

3.     Знайдена анти-Стоксова фотолюмінесценція (АСФЛ) у ближній інфрачервоній області інфрачервоного трикарбоціанінового барвника, яка походить від “гарячого поглинання”, тобто збудження електрона з вібронного підрівня основного стану молекули. Фотолюмінесценція має досить великий анти-Стоксів зсув до 100 нм. Показано, що інтенсивність АСФЛ корелює з інтенсивністю поглинання гарячої смуги через заселення вібронних рівнів під час нагрівання. Показано, що крутильні коливання карбонових зв’язків ССС молекулярної основи є домінуючими коливальними модами для сприяння АСФЛ. Продемонстровано ефект лазерного охолодження розчину за рахунок АСФЛ для цього типу молекул, який має потужність охолодження близько 1 мВт на 100 мВт потужності накачування або ефективність охолодження близько 1%. (O. Dimitriev, A. Fedoryak, Yu. Slominskii, A. Smirnova, T. Yoshida (2019): Phonon-assisted anti-Stokes luminescence of tricarbocyanine near-infrared dye. Chem. Phys. Lett., in press, https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.136905).

4.     Технологічно реалізовано новий підхід до виготовлення нанокристалів із гетеропереходом у вигляді структури Au(електрод)\ CdTe\ CdS\ C(електрод) хімічним осадженням із газової фази. Експериментально виміряно  діодні вольт-амперні характеристики одиничного гетеро-нанокристала у діапазоні струмів одиниці- десятки наноампер, напруг +3…-11В, частот 1Гц-3КГц.

 

5.     Систематично досліджено спектри люмінесценції нанокристалів CdS в залежності від механізму газофазного росту, температури кристалізації, домішок та типу кристалічної гратки.

6.     Виготовлено та досліджено молекулярно-напівпровідникову систему у вигляді електрода на основі напівпровідникових нанокристалів CdS із сформованою на їх поверхні мономолекулярною оболонкою синтетичного РНК mod Ph. Методами кондуктометрії та імпедансметрії в діапазоні частот 100КГц - 1Гц досліджено формування молекулярних оболонок на поверхні нанокристалів та їх селективне зв’язування із синтетичними РНК P1 і BCRex14 в біологічно актуальних електролітах. Продемонстровано якісну відмінність структури поверхневих заряджених та поляризованих молекулярних шарів, одержаних в результаті звя’зування комплементарних (mod Ph та P1) та частково комплементарних (mod Ph та BCRex14) РНК на межі нанокристалів CdS із електролітами SSC. Запропоновано енергетичні схеми для опису електронних станів на межі нанокристалів CdS, вкритих органічними оболонками штучного РНК та біологічно актуальних електролітів. Параметри енергетичних схем виміряно експериментально. Виготовлені молекулярно-напівпровідникові електроди дозволяють розрізняти якісно та кількісно селективне зворотнє зв’язування  синтетичних РНК P1- mod Ph і BCRex14 - mod Ph у концентраціях 0,1 нМ-10 нМ. Досліджена технологія може бути актуальним технічним рішенням для ідентифікації раку крові.

7.     Експериментально і теоретично показано, що нефункціоналізовані наночастинки демонструють антивірусну дію стосовно аденовірусів. Продемонстровано, що складні наносатинки "золото на SiO2" або золота наночастинки з оболонкою SiO2 ефективно діють проти аденовірусів і при цьому можуть виводитись з організму.

8.     Встановлені органічні сполуки які при випаровуванні та конденсації у вакуумі самоорганізуються в нанонитки незалежно від матеріалу підкладки. Нанонитки є дихроїчними з максимумом оптичного поглинання вздовж довгої осі ниток. На кремніі нанонитки ростуть між золотими електродами і є поглинаючими вздовж нитки.  Інформаційним пошуком аналогічних нанониток не знайдено.

Розробки

Використання темплатів утворених голографічним методом як новий інструмент нанотехнології (М.Ю. Барабаш, Д.О. Гринько, С.О. Сперкач, “Формування наноструктур на темплатах випромінюванням із видимого діапазону”, ІМФ НАНУ, 2015 – 202с.);

Технологія вирощування нановусів CdS, які мають великі перспективи і якості надчутливих п’єзосенсорів або імпедансметричних сенсорів (A.B. Bogoslovskaya, O.M. Khalimovskyy, D.O. Grynko, “Piezo-mechanical impedance of nanosized CdS single crystal”, Semicond. Phys. Quantum Electron. Optoelectron. 22 (2019) 479-485);

Технологія нанесення захисних PTFE покриттів (V.V. Petrov, A.A. Kriuchin, I.V. Gorbov, Yu.O. Borodin, J.L. Briks, V.V. Kurdiukov, Yu.L. Slominskii, O.I. Tolmachev, K.P. Grytsenko, Patent of Ukraine “Photocensitive material for optical recording”, №110143 published 25.11.2015);

Нова ядро-оболонка структура сонячного елементу на вуглецевому волокні (D.A. Grynko, A.N. Fedoryak, P.S. Smertenko, O.P. Dimitriev, N.A. Ogurtsov, A.A. Pud, “Hybrid solar cell on a carbon fiber”, Nanoscale Res. Lett. 11 (2016) 265);

Розробка моделі антивірусної терапії за рахунок градієнту поля біля наночастинки, яка підтверджується почавшимися клінічними дослідженнями (V. Lysenko, V. Lozovski, M. Lokshyn, Yu.V. Gomeniuk, A. Dorovskih, N. Rusinchuk, Yu. Pankivska, O. Povnitsa, S. Zagorodnya, V. Tertykh, “Nanoparticles as antiviral agents against adenoviruses”, Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 9 (2018) 025021).

Обладнання

  • Еліпсометр ЛЕФ-3М;
  • Спектрофотометр на базі СДЛ-2;
  • Спектрофотометр SPECORDM40;
  • Інфрачервоний спектрофотометр SPECORDM80;
  • Спектрофотометр Avantes 2048;
  • Флуоресцентний мікроскоп ULAPxy-B2;
  • Мікроскоп NEOPHOT;
  • Лінійка очищення підкладинок з ультразвуковими ваннами;
  • Центрифуга для виготовлення плівок та гетероструктур із розчину;
  • Вакуумна установка виготовлення гетероструктур нанокомпозитів на базі ВУП5;
  • Вакуумна установка виготовлення нанокомпозитів та гетероструктур із плазмовим джерелом на базі УВН74;
  • Установка росту напівпровідникових нанокристалів А2В6-А3В5 із газової фази;
  • Установка дослідження вольт-амперних гарактеристик гетероструктур.

Проекти

Загальноінститутські теми Президії НАН України

Основні напрямки роботи лаб.15-1 пов’язані з виконанням теми ІІІ-02-16 державної тематики "Дослідження особливостей хвильових оптичних явищ наноструктурованих/нанокомпозитних  середовищ та розробка технології функцінальних матеріалів і структур оптоелектроніки", теми ІІІ-10-18 відомчої тематики: "Розробка методів одержання та метрологічного забезпечення складних напівпровідників та приладових структур" розділ 2 "Функціональна оптоелектроніка на основі композиційних матеріалів та новітніх приладових структур: методи отримання, використання і метрологічного забезпечення", підрозділ 2.9 "Виготовлення та дослідження оптоелектронних наноструктур зниженої розмірності для застосування в фотовольтаїці, сенсориці і плазмоніці" а також цільової наукової програми прикладних досліджень ІІІ-41-17 “Фізичні та фізико-технологічні аспекти створення і характеризації напівпровідникових матеріалів і функціональних структур сучасної електроніки”

Міжнародне співробітництво

Співробітники лабораторії приймали та приймають участь у багатьох міжнародних проектах та співробітництві з закордонними установами:

2011-2018 – 6 білатеральних проектів Україна-Австрія;

2011 – стипендія SNF;

2014 – стипендія Фулбрайта;

2018 – 2 стипендії DAAD;

2018-2019 – білатеральний проект ДФФД-Японія;

2019-2020 – грант на дослідження програми Шведського Інституту Вісбі;

2019-2021 – білатеральний проект ДФФД-DFG;

Публікації

2019

Олександр Миколайович Федоряк

м.н.с.

Тел:

Ел. почта: