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

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

Ivan Popov, А.В. Мороз, А. А. Гладышева, А.Ю. Леонтьев, Николай Иванович Сушенцов

Published Jun 10, 2021• 0 citations
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.25686/2306-2819.2021.1.80

Related papers

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

И. И. Попов, Р. В. Юсупов, К.А. Волков +4 more

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.

Vestnik of Volga State University of Technology Ser Radio Engineering and Infocommunication Systems•Nov 9, 2022•0 citations

ПОЛУКЛАССИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ И ВОЛНОВЫХ ФУНКЦИЙ ГАМИЛЬТОНОВЫХ СИСТЕМ С ОДНОЙ И НЕСКОЛЬКИМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ НА ОСНОВЕ МЕТОДА КЛАССИЧЕСКИХ И КВАНТОВЫХ НОРМАЛЬНЫХ ФОРМ

И.Н. Беляева, Н.И. Корсунов, Н.А. Чеканов +1 more

Аннотация: В работе изложены две схемы последовательного построения классической нормальной формы и её квантового аналога для некоторых классов классических гамильтоновых систем.Для квантовых нормальных форм указан способ решения их задачи на собственные значения.На основе этих нормальных форм предложен полуклассический метод решения уравнений Шрёдингера для классических гамильтоновых систем при их квантовом рассмотрении.Предложенным методом были решены некоторые квантовые задачи и обнаружено, что этот метод дает очень точное предсказание для энергетических уровней.Однако эта точность в области существования классического хаоса ухудшается.Этим же полуклассическим методом решена квантовая задача для плоского атома водорода в однородном магнитном поле.

Physical and Chemical Aspects of the Study of Clusters Nanostructures and Nanomaterials•Nov 29, 2023•1 citation

On-line registration of femtosecond time intervals based on polarization properties of femtosecond stimulated photon echo generated on exciton states

A. U. Bakhodurov, N.S. Vashourin, Evgeny A. Vinogradov +5 more

This paper reflects the results of the research on the character of the dependence of the non-Faraday rotation of the femtosecond stimulated photon echo polarization plane on the time interval between the second and third exciting pulses, discretely varying from 180 to 900 fs in increments 180 fs. The time interval between the first and second pulses was equal to zero. The echo signal was formed at room temperature on exciton states localized on the surface defects of a thin three-layer textured ZnO/Si(P)/Si(B) film in the presence of a homogeneous magnetic field of 0.25 mT applied longitudinally to the optical excitation axis. The qualitative coincidence of the investigated dependence with the theoretical prediction of the investigated effect for gaseous medium is shown.

EPJ Web of Conferences•Jan 1, 2017•0 citations

НАГЛЯДНОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ МЕХАНИЗМА РАЗРУШЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ КАРТИНЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ЮНГА С ДВУМЯ ЩЕЛЯМИ

С.А. Трофимов

Рассматриваются общепринятые ключевые понятия копенгагенской интерпретации квантовой механики: волновая функция и ее коллапс, наблюдение. Формулируются три тезиса, уточняющие взаимоотношения понятий волновой функции и наблюдения. Указывается на необходимость проведения границы между волновой функцией как средством описания квантовой системы в абстрактном математическом пространстве и эволюцией квантовой системы в физическом мире. Снимается представление о коллапсе волновой функции в момент наблюдения как о ее разрушении. Предлагаемый подход применяется к анализу классического эксперимента Юнга с двумя щелями. Приводится наглядное объяснение эффекта исчезновения интерференционной картины в эксперименте Юнга при любой попытке наблюдения за траекторией частиц в окрестности щелей. Обсуждается взаимосвязь наблюдения и информации о состоянии квантовой системы. В качестве одного из выводов излагаемого подхода высказывается мнение о парадоксе кота Шредингера.

•Jan 1, 2026•0 citations

The polarization approach to registration femtosecond time slots based stimulated photon echo on the exciton states

I.I. Popov, Н. С. Вашурин, Путилин Сергей Эдуардович +2 more

It is reported about the first experiments on the registration of a femtosecond time interval using the effect of non-Faraday rotation of the plane polarization of the stimulated photon echo. The experiment was performed at room temperature in a three-layer semiconductor film thickness of 300 nm, obtained by magnetron sputtering. The fundamental difference of this effect from the Faraday’s effect was shown. We give conclusions about the possibility of femtosecond time intervals registration at room temperature with an accuracy of 25 fs in the polarization principle of action, rather than spectral.

EPJ Web of Conferences•Dec 13, 2016•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
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.
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.
Аннотация: В работе изложены две схемы последовательного построения классической нормальной формы и её квантового аналога для некоторых классов классических гамильтоновых систем.Для квантовых нормальных форм указан способ решения их задачи на собственные значения.На основе этих нормальных форм предложен полуклассический метод решения уравнений Шрёдингера для классических гамильтоновых систем при их квантовом рассмотрении.Предложенным методом были решены некоторые квантовые задачи и обнаружено, что этот метод дает очень точное предсказание для энергетических уровней.Однако эта точность в области существования классического хаоса ухудшается.Этим же полуклассическим методом решена квантовая задача для плоского атома водорода в однородном магнитном поле.
This paper reflects the results of the research on the character of the dependence of the non-Faraday rotation of the femtosecond stimulated photon echo polarization plane on the time interval between the second and third exciting pulses, discretely varying from 180 to 900 fs in increments 180 fs. The time interval between the first and second pulses was equal to zero. The echo signal was formed at room temperature on exciton states localized on the surface defects of a thin three-layer textured ZnO/Si(P)/Si(B) film in the presence of a homogeneous magnetic field of 0.25 mT applied longitudinally to the optical excitation axis. The qualitative coincidence of the investigated dependence with the theoretical prediction of the investigated effect for gaseous medium is shown.
Рассматриваются общепринятые ключевые понятия копенгагенской интерпретации квантовой механики: волновая функция и ее коллапс, наблюдение. Формулируются три тезиса, уточняющие взаимоотношения понятий волновой функции и наблюдения. Указывается на необходимость проведения границы между волновой функцией как средством описания квантовой системы в абстрактном математическом пространстве и эволюцией квантовой системы в физическом мире. Снимается представление о коллапсе волновой функции в момент наблюдения как о ее разрушении. Предлагаемый подход применяется к анализу классического эксперимента Юнга с двумя щелями. Приводится наглядное объяснение эффекта исчезновения интерференционной картины в эксперименте Юнга при любой попытке наблюдения за траекторией частиц в окрестности щелей. Обсуждается взаимосвязь наблюдения и информации о состоянии квантовой системы. В качестве одного из выводов излагаемого подхода высказывается мнение о парадоксе кота Шредингера.
It is reported about the first experiments on the registration of a femtosecond time interval using the effect of non-Faraday rotation of the plane polarization of the stimulated photon echo. The experiment was performed at room temperature in a three-layer semiconductor film thickness of 300 nm, obtained by magnetron sputtering. The fundamental difference of this effect from the Faraday’s effect was shown. We give conclusions about the possibility of femtosecond time intervals registration at room temperature with an accuracy of 25 fs in the polarization principle of action, rather than spectral.
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.