Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Vestnik of Volga State University of Technology Ser Radio Engineering and Infocommunication Systems

Релаксационный спад стимулированного фотонного эха как ключевой параметр оценки условий получения тонкоплёночных активных сред

И. И. Попов, Р. В. Юсупов, К.А. Волков, А.Г. Козырев, С.А. Мальцева, А.В. Мороз, А. В. Петров

Published Nov 9, 2022• 0 citations
Publisher

Abstract

Сообщается о технологических особенностях получения методом магнетронного распыления и функционирования 12 видов исследуемых плёнок, о снятии спектров пропускания оптического излучения этими тонкими плёнками на основе оксида цинка и определении по этим спектрам толщины и количества слоёв плёнок, о результатах исследования топологии поверхности девяти видов тонких плёнок, как трёхслойных, так и двухслойных, полученных на основе оксида цинка с выявлением наиболее приемлемого при их формировании соотношения концентрации кислорода к аргону в камере магнетронного распыления, составляющего 25 к 75 %. Демонстрируется применимость релаксационного спада стимулированного фотонного эха (СФЭ) в плёнках ZnO\Si(B)\Si(P) как метода определения времени релаксации возбуждённых квантовых состояний Т1 и отражения соотношения концентраций газов кислорода и аргона в камере магнетронного распыления, наиболее эффективного с позиции получения наибольшей амплитуды СФЭ, и как метода отражения роли дырок и электронов, инжектируемых с подслоёв легированного кремния в рабочий слой оксида цинка и идентификации вида трионов, возбуждаемых в тонких плёнках при комнатной температуре. Introduction. The presented study into technologies for obtaining thin-film active media with a wide range of parameters is urgent, that is proved by the facts confirming the possibility of creating nanoelectronic devices based on new physical principles such as a femtosecond time interval recorder, memristor memory on nanoelectronic trion traps in zinc oxide films. The aimof the research was to establish the relaxation decays of the stimulated photon echo of layered structures ZnO\Si(B)\Si(P), which have information about the necessary parameters of the technological process of their production, providing their optical properties used to build nanoelectronic devices based on photon echo. Research methodsinclude probe microscopy, optical spectrophotometry, optical echo spectroscopy with ultrahigh time resolution, adjustment of the magnetron sputtering technology parameters of thin-film layered structures in question, including the ratio of the concentration of oxygen to argon of the working gas mixture in the magnetron sputtering chamber, the sputtering time of layered structures, the composition of layers of thin-film active medium for nanoelectronic devices. The research findingsshowed the presence of various specific dependences of the stimulated photon echo (SPE) decay in layered structures formed at oxygen to argon ratios effective for excitation of echo signals in the working gas mixture in the chamber for magnetron sputtering of layered structures. The irreversible transverse relaxation time T1 was 518 ± 16 fs at the ratio of oxygen to argon concentration in the chamber for magnetron sputtering of 25% to 75%; 516 ± 21 fs at the ratio of 50% to 50%; 740 ± 39 fs at the ratio of 90% to 10%. The most effetive ratios to excite SPE signals were 25% to 75% and 75% to 25%. The study allowed to obtain the dependences of the SPE on the most effective thickness of the layers of the three-layer structure, which inject holes and electrons into the ZnO layer and on the surface topology of the zinc oxide film. In addition to this, it was found that the presence of both types of localized trions (positive and negative) with the dominance of positive trions in the thin-film active medium is obligatory condition. Conclusions.The dependence of the echo signal on the thickness of the injecting 100 nm layers of the three-layer structure was found according to the relaxation decays of the SPE. The longest time of irreversible longitudinal relaxation T1 was not less than 0.74 ps. The intensity of the echo in the ZnO\Si(B)\Si(P) film was close to the sum of the echos formed on purely positive and negative localized trions, with the dominating contribution of positive trions. From the point of view of SPE formation, the most effective ratios of the concentration of oxygen to argon in the working gas mixture in the chamber for magnetron sputtering of films are 25% to 75% and 75% to 25%. The practical significance of the results is manifested in the proposal of relevant methods for monitoring the applied parameters of the technological process that ensure the parameters of active media appropriate for designing new nanoelectronic devices, for instance, femtosecond time interval recorders.

DOI
10.25686/2306-2819.2022.2.61

Related papers

Статистическое распределение для адиабатически изолированной системы тел с контактным механическим взимодействием и трение

Н.Н. Горобей, А.С. Лукьяненко, международная научно-практическая конференция (3; 2026; Санкт-Петербург) "III Интеллектуальная трибология в машиностроении: BALT TRIBO 2026"

Статистическое распределение для случая адиабатически изолированного тела получено в рамках ковариантной квантовой теории и виковского поворота в комплексной плоскости времени. Ковариантная формулировка механики изолированной системы заключена в отказе от абсолютного времени и введении собственного времени в качестве независимой динамической переменной. Уравнением движения собственного времени служит закон сохранения энергии. При этом энергия изолированной системы становится внешним параметром для модифицированного распределения вместо температуры.

•Aug 19, 2026•0 citations

фотонное эхо как метод диагностирования возможностей ловушек экситонов и трионов в наноэлектронном приборостроении

Ivan Popov, А.В. Мороз, А. А. Гладышева +2 more

Предлагается обзор экспериментальных исследований процессов, протекающих в ловушках экситонов и трионов, на основе регистрации характеристик фотонного эха, формируемого на дискретных уровнях квантово-размерных объектов, представленных наноразмерными ловушками экситонов и трионов. На основе регистрируемых характеристик фотонного эха предлагаются новые физические принципы построения наноэлектронных приборов. В том числе, при формировании фотонного эха под воздействием продольного однородного магнитного поля показана возможность определения наполняемости ловушек трионами, а также прямой регистрации фемтосекундных временных интервалов. Paper presents a review of experimental studies into the creation of nano-sized traps of excitons and trions with the use of magnetron sputtering. Besides, the research focused on the processes occurring in the traps by the method of photon echo to reveal the properties that shape new physical principles of nanoelectronic devices. In these traps, with the use of photon echo, there were found the properties of quantum-size discretization of energy by spherical harmonics, which demonstrates a new kind of quantum dots. The aim of the research was to investigate the photon echo as a method for analyzing the capabilities of exciton and trion traps in the development of new physical principles for developing state-of-the-art nanoelectronic devices. Methods. The implemented physical principle of registration of time intervals is based on the conversion of the time interval between the exciting laser pulses into the value of the non-Faraday rotation of the polarization plane of the stimulated photon echo. The registered time interval is more than 2 orders of magnitude shorter than the time intervals registered according to other principles used by the laboratory of fast processes at the All-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements Federal State Unitary Enterprise (VNIIOFI), which develops and stores standards of optically measured quantities. Findings. We formulated and experimentally implemented the principles of creating nano-sized traps of exciton and trion states excited at a room temperature in a semiconductor film. Various physical states of these quasiparticles were registered, which are different in the spectrum of the generated photon echo and relaxation times measured by the optical echo spectroscopy. The measured relaxation times vary from hundreds of femtoseconds to 1 ps. There was also exhibited the physical principle of direct registration of femtosecond time intervals between laser pulses, exciting a stimulated photon echo at the quantized energy levels in the trap. In the trion traps of thin zinc oxide films, the interval reached 27 fs. It was shown that the polarity of the applied longitudinal uniform magnetic field affects the trion states shaped in the trap.

Vestnik of Volga State University of Technology Ser Radio Engineering and Infocommunication Systems•Jun 10, 2021•0 citations

ПРИНЦИПЫ СОПРЯЖЕНИЯ СЕТЕЙ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧЕЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОБОРУДОВАНИИ РАЗНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Anton E. Afanasiev, Д.В. Быкова, V. I. Balykin

Квантовые системы могут быть использованы для построения сенсоров физических полей. Наибольшей точности и чувствительности такие сенсоры достигают при их когерентном контроле. Холодные и ультрахолодные атомы являются перспективными для создания квантовых сенсоров инерциальных полей. Для создания транспортируемых квантовых сенсоров на основе нейтральных атомов перспективной является платформа атомного чипа, которая обладает меньшими размерами и энергопотреблением. Это позволит использовать её для размещения на борту летательных аппаратов, включая спутниковые системы. Дальнейшим её развитием является переход к гибридным атомно-оптическим чипам.

Nanoindustry Russia•Jun 30, 2025•0 citations

Двухфотонное возбуждение и особенности регистрации фемтосекундного фотонного эха в пленках оксида цинка наноразмерной толщины

Вашурин Никита Сергеевич, Попов Иван Иванович, Сидорова Вера Тагировна +4 more

This work reports on the experiments on the two-photon excitation of a primary photon echo femtosecond signal in a zinc oxide semiconductor film of nanoscale (100, 600, and 800 nm) thickness at the quantum transition (corresponding to 400 nm) at room temperature. The photon echo was observed on free excitons. The echo signal partially weakened due to the scattering on the optical phonons was recorded at a wavelength of 800–840 nm. The nano-optical effect of the reduction of the environment irreversible transverse relaxation time ( T 2) with the decrease of the film thickness was detected. The established fact is connected, firstly, with the structural characteristics of the films under study and, secondly, with the decrease in the intensity of the longitudinal interactions between the excited particles along with the reduction of the film thickness.

Ученые записки Казанского университета. Серия Физико-математические науки•Jan 1, 2013•0 citations

Using Photon Echoes for the Femtosecond Magneto-Optical Spectroscopy of Thin Textured Films

I. I. Popov, Н. С. Вашурин, Evgeny A. Vinogradov +3 more

Periodic modulation of the decay of a stimulated photon echo (SPE), formed in a three-layer textured thin ZnO/Si (P)/Si(B) film with a longitudinal uniform magnetic field upon increasing the time interval between the exciting pulses, is recorded in experiments. The shape of the modulated SPE decay curve changes for different values of time interval between the first two exciting pulses. The g -factor of the quantum transition is estimated from the period of modulation. The value of the g -factor is used to reach a conclusion on the formation of photon echoes on localized complex exciton states of the trion type.

Bulletin of the Russian Academy of Sciences Physics•Aug 1, 2018•1 citation

Топологические методы в квантовых вычислениях

С.А. Дуплий, И.И. Шаповал

Рассмотрены основные концепции квантовой теории информации, принципы квантовых вычислений и возможность созда-ния на их основе уникального по вычислительной мощности и принципу функционирования устройства — квантового ком-пьютера. Представлены основные блоки квантовой логики, схемы реализации квантовых вычислений, а также известные сегодня эффективные квантовые алгоритмы, которые призваны воплотить преимущества квантовых вычислений над клас-сическими. Среди них особое место занимают алгоритм Шора факторизации чисел и алгоритм Гровера поиска в неупорядо-ченных базах данных. Описано явление декогеренции, еѐ влияние на стабильность квантового компьютера и методы коррек-ции квантовых ошибок. Изложена концепция топологического квантового вычисления, которое не обладает большей вычис-лительной мощностью по сравнению с обычным квантовым вычислением, но обладает естественной помехоустойчивостью. Показана необходимость анионной статистики его кубитов и представлена наглядная анионная модель реализации тополо-гического квантового вычисления. \nBasic concepts of quantum information theory, principles of quantum calculations and the possibility of creation on this basis unique on calculation power and functioning principle device, named quantum computer, are concerned. The main blocks of quantum logic, schemes of quantum calculations implementation, as well as some known today effective quantum algorithms, called to realize ad-vantages of quantum calculations upon classical, are presented here. Among them special place is taken by Shor’s algorithm of num-ber factorization and Grover’s algorithm of unsorted database search. Phenomena of decoherence, its influence on quantum computer stability and methods of quantum errors correction are described. Topological quantum computation conception is stated. It hasn’t more computational power than the conventional quantum computation has, but is noiseless by its nature. Anyon statistics necessity for qubits is shown and representative anyon model of topological quantum information processing is presented.

•Jan 1, 2007•0 citations
Сообщается о технологических особенностях получения методом магнетронного распыления и функционирования 12 видов исследуемых плёнок, о снятии спектров пропускания оптического излучения этими тонкими плёнками на основе оксида цинка и определении по этим спектрам толщины и количества слоёв плёнок, о результатах исследования топологии поверхности девяти видов тонких плёнок, как трёхслойных, так и двухслойных, полученных на основе оксида цинка с выявлением наиболее приемлемого при их формировании соотношения концентрации кислорода к аргону в камере магнетронного распыления, составляющего 25 к 75 %. Демонстрируется применимость релаксационного спада стимулированного фотонного эха (СФЭ) в плёнках ZnO\Si(B)\Si(P) как метода определения времени релаксации возбуждённых квантовых состояний Т1 и отражения соотношения концентраций газов кислорода и аргона в камере магнетронного распыления, наиболее эффективного с позиции получения наибольшей амплитуды СФЭ, и как метода отражения роли дырок и электронов, инжектируемых с подслоёв легированного кремния в рабочий слой оксида цинка и идентификации вида трионов, возбуждаемых в тонких плёнках при комнатной температуре. Introduction. The presented study into technologies for obtaining thin-film active media with a wide range of parameters is urgent, that is proved by the facts confirming the possibility of creating nanoelectronic devices based on new physical principles such as a femtosecond time interval recorder, memristor memory on nanoelectronic trion traps in zinc oxide films. The aimof the research was to establish the relaxation decays of the stimulated photon echo of layered structures ZnO\Si(B)\Si(P), which have information about the necessary parameters of the technological process of their production, providing their optical properties used to build nanoelectronic devices based on photon echo. Research methodsinclude probe microscopy, optical spectrophotometry, optical echo spectroscopy with ultrahigh time resolution, adjustment of the magnetron sputtering technology parameters of thin-film layered structures in question, including the ratio of the concentration of oxygen to argon of the working gas mixture in the magnetron sputtering chamber, the sputtering time of layered structures, the composition of layers of thin-film active medium for nanoelectronic devices. The research findingsshowed the presence of various specific dependences of the stimulated photon echo (SPE) decay in layered structures formed at oxygen to argon ratios effective for excitation of echo signals in the working gas mixture in the chamber for magnetron sputtering of layered structures. The irreversible transverse relaxation time T1 was 518 ± 16 fs at the ratio of oxygen to argon concentration in the chamber for magnetron sputtering of 25% to 75%; 516 ± 21 fs at the ratio of 50% to 50%; 740 ± 39 fs at the ratio of 90% to 10%. The most effetive ratios to excite SPE signals were 25% to 75% and 75% to 25%. The study allowed to obtain the dependences of the SPE on the most effective thickness of the layers of the three-layer structure, which inject holes and electrons into the ZnO layer and on the surface topology of the zinc oxide film. In addition to this, it was found that the presence of both types of localized trions (positive and negative) with the dominance of positive trions in the thin-film active medium is obligatory condition. Conclusions.The dependence of the echo signal on the thickness of the injecting 100 nm layers of the three-layer structure was found according to the relaxation decays of the SPE. The longest time of irreversible longitudinal relaxation T1 was not less than 0.74 ps. The intensity of the echo in the ZnO\Si(B)\Si(P) film was close to the sum of the echos formed on purely positive and negative localized trions, with the dominating contribution of positive trions. From the point of view of SPE formation, the most effective ratios of the concentration of oxygen to argon in the working gas mixture in the chamber for magnetron sputtering of films are 25% to 75% and 75% to 25%. The practical significance of the results is manifested in the proposal of relevant methods for monitoring the applied parameters of the technological process that ensure the parameters of active media appropriate for designing new nanoelectronic devices, for instance, femtosecond time interval recorders.
Статистическое распределение для случая адиабатически изолированного тела получено в рамках ковариантной квантовой теории и виковского поворота в комплексной плоскости времени. Ковариантная формулировка механики изолированной системы заключена в отказе от абсолютного времени и введении собственного времени в качестве независимой динамической переменной. Уравнением движения собственного времени служит закон сохранения энергии. При этом энергия изолированной системы становится внешним параметром для модифицированного распределения вместо температуры.
Предлагается обзор экспериментальных исследований процессов, протекающих в ловушках экситонов и трионов, на основе регистрации характеристик фотонного эха, формируемого на дискретных уровнях квантово-размерных объектов, представленных наноразмерными ловушками экситонов и трионов. На основе регистрируемых характеристик фотонного эха предлагаются новые физические принципы построения наноэлектронных приборов. В том числе, при формировании фотонного эха под воздействием продольного однородного магнитного поля показана возможность определения наполняемости ловушек трионами, а также прямой регистрации фемтосекундных временных интервалов. Paper presents a review of experimental studies into the creation of nano-sized traps of excitons and trions with the use of magnetron sputtering. Besides, the research focused on the processes occurring in the traps by the method of photon echo to reveal the properties that shape new physical principles of nanoelectronic devices. In these traps, with the use of photon echo, there were found the properties of quantum-size discretization of energy by spherical harmonics, which demonstrates a new kind of quantum dots. The aim of the research was to investigate the photon echo as a method for analyzing the capabilities of exciton and trion traps in the development of new physical principles for developing state-of-the-art nanoelectronic devices. Methods. The implemented physical principle of registration of time intervals is based on the conversion of the time interval between the exciting laser pulses into the value of the non-Faraday rotation of the polarization plane of the stimulated photon echo. The registered time interval is more than 2 orders of magnitude shorter than the time intervals registered according to other principles used by the laboratory of fast processes at the All-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements Federal State Unitary Enterprise (VNIIOFI), which develops and stores standards of optically measured quantities. Findings. We formulated and experimentally implemented the principles of creating nano-sized traps of exciton and trion states excited at a room temperature in a semiconductor film. Various physical states of these quasiparticles were registered, which are different in the spectrum of the generated photon echo and relaxation times measured by the optical echo spectroscopy. The measured relaxation times vary from hundreds of femtoseconds to 1 ps. There was also exhibited the physical principle of direct registration of femtosecond time intervals between laser pulses, exciting a stimulated photon echo at the quantized energy levels in the trap. In the trion traps of thin zinc oxide films, the interval reached 27 fs. It was shown that the polarity of the applied longitudinal uniform magnetic field affects the trion states shaped in the trap.
Квантовые системы могут быть использованы для построения сенсоров физических полей. Наибольшей точности и чувствительности такие сенсоры достигают при их когерентном контроле. Холодные и ультрахолодные атомы являются перспективными для создания квантовых сенсоров инерциальных полей. Для создания транспортируемых квантовых сенсоров на основе нейтральных атомов перспективной является платформа атомного чипа, которая обладает меньшими размерами и энергопотреблением. Это позволит использовать её для размещения на борту летательных аппаратов, включая спутниковые системы. Дальнейшим её развитием является переход к гибридным атомно-оптическим чипам.
This work reports on the experiments on the two-photon excitation of a primary photon echo femtosecond signal in a zinc oxide semiconductor film of nanoscale (100, 600, and 800 nm) thickness at the quantum transition (corresponding to 400 nm) at room temperature. The photon echo was observed on free excitons. The echo signal partially weakened due to the scattering on the optical phonons was recorded at a wavelength of 800–840 nm. The nano-optical effect of the reduction of the environment irreversible transverse relaxation time ( T 2) with the decrease of the film thickness was detected. The established fact is connected, firstly, with the structural characteristics of the films under study and, secondly, with the decrease in the intensity of the longitudinal interactions between the excited particles along with the reduction of the film thickness.
Periodic modulation of the decay of a stimulated photon echo (SPE), formed in a three-layer textured thin ZnO/Si (P)/Si(B) film with a longitudinal uniform magnetic field upon increasing the time interval between the exciting pulses, is recorded in experiments. The shape of the modulated SPE decay curve changes for different values of time interval between the first two exciting pulses. The g -factor of the quantum transition is estimated from the period of modulation. The value of the g -factor is used to reach a conclusion on the formation of photon echoes on localized complex exciton states of the trion type.
Рассмотрены основные концепции квантовой теории информации, принципы квантовых вычислений и возможность созда-ния на их основе уникального по вычислительной мощности и принципу функционирования устройства — квантового ком-пьютера. Представлены основные блоки квантовой логики, схемы реализации квантовых вычислений, а также известные сегодня эффективные квантовые алгоритмы, которые призваны воплотить преимущества квантовых вычислений над клас-сическими. Среди них особое место занимают алгоритм Шора факторизации чисел и алгоритм Гровера поиска в неупорядо-ченных базах данных. Описано явление декогеренции, еѐ влияние на стабильность квантового компьютера и методы коррек-ции квантовых ошибок. Изложена концепция топологического квантового вычисления, которое не обладает большей вычис-лительной мощностью по сравнению с обычным квантовым вычислением, но обладает естественной помехоустойчивостью. Показана необходимость анионной статистики его кубитов и представлена наглядная анионная модель реализации тополо-гического квантового вычисления. \nBasic concepts of quantum information theory, principles of quantum calculations and the possibility of creation on this basis unique on calculation power and functioning principle device, named quantum computer, are concerned. The main blocks of quantum logic, schemes of quantum calculations implementation, as well as some known today effective quantum algorithms, called to realize ad-vantages of quantum calculations upon classical, are presented here. Among them special place is taken by Shor’s algorithm of num-ber factorization and Grover’s algorithm of unsorted database search. Phenomena of decoherence, its influence on quantum computer stability and methods of quantum errors correction are described. Topological quantum computation conception is stated. It hasn’t more computational power than the conventional quantum computation has, but is noiseless by its nature. Anyon statistics necessity for qubits is shown and representative anyon model of topological quantum information processing is presented.