ВИФШ
Высшая инженерно-физическая школа Институт электроники и телекоммуникаций
22 Декабря 2024 г. Нечетная неделя
ruРусский
Версия для слабовидящих
Лаборатория «Органические нанокомпозитные материалы на основе фуллеренов»

Лаборатория «Органические нанокомпозитные материалы на основе фуллеренов»

Руководитель направления:

Научный коллектив:

Основными направлениями исследований являются:

  1. Молекулярная органическая электроника
  2. Исследования процессов получения, оптических и фотоэлектрических свойств тонких пленок композитных материалов на основе фуллереновых комплексов
  3. Материалы на основе соединений со структурой перовскита

Цель исследований:

  • Создание органических и органо-неорганических нанокомпозитных материалов на основе С60 для оптоэлектроники.
  • Актуальность исследований

    Открытие в конце 20 века семейства замкнутых сфероидных углеродных кластеров, или фуллеренов, произвело революцию в физике и химии молекулярных систем. На их основе можно создавать элементы, способные считать отдельные электроны (одноэлектронный транзистор), создавать молекулярные выпрямители, оптические нелинейные среды, получать высокотемпературные (до 40 К) сверхпроводники.

    Фуллерены относятся к самоорганизующимся структурам и являются третьей формой углерода, кроме известных структур алмаза и графита. Это замкнутые сферические или сфероидальные молекулы, состоящие из пяти- и шестиугольников, наиболее стабильны молекулы С60 и С70. При кристаллизации фуллерен С60 образует молекулярный кристалл (фуллерит), по своим электронным свойствам фуллерит является полупроводником с оптической шириной запрещенной зоны около 2 эВ.

    К началу 2000-х годов интерес исследователей сместился от изучения основных физических свойств нового материала к проблеме создания на его основе разнообразных наноструктурированных материалов. Молекула фуллерена является идеальным нуль-мерным объектом - квантовой точкой, а благодаря своей стабильности и сферической форме легко может служить компонентом различных устройств молекулярной электроники. Химически модифицированные фуллерены (комплексы, производные, супрамолекулярные системы), способные под действием внешних полей менять свои характеристики (геометрию и упаковку молекул в кристалле, ориентацию электрических и магнитных моментов, электронную структуру) являются предметом исследований последних лет. Уникальная электронная структура фуллерена С60 определяет его сильные акцепторные свойства, благодаря которым можно конструировать донорно-акцепторные молекулярные наносистемы (молекулярные гетеропереходы) и таким образом создавать молекулярный выпрямитель с размерами несколько нанометров. Перспективно использование фуллеренов и в новом формирующемся направлении – органической фотонике.

    Цель исследований - создание органических и органо-неорганических нанокомпозитных материалов на основе С60 для оптоэлектроники. Для этого необходимо создание упорядоченных молекулярных ансамблей, базирующихся на соединениях с электронно-донорными и электронно-акцепторными свойствами, способных образовывать комплексы с переносом заряда, поглощающие свет в УФ, видимом и ИК диапазонах. Наши работы направлены на экспериментальные и теоретические исследования комплексов на основе фуллерена С60 и порфириновых соединений, молекулярных гетеропереходов С60 – А2В6, методов и условий их формирования, термической стабильности, оптических, фотоэлектрических и и электрофизических свойств. Для объяснения экспериментальных результатов проводятся квантово-химические расчеты геометрии, электронной структуры и колебательного спектра комплексов С60 - (Ме)ТРР с использованием современных компьютерных методов расчета из первых принципов.

  • Избранные публикации группы
    1. Elistratova, M.A., Zakharova, I.B., Romanov, N.M. X-ray radiation influence on photoluminescence spectra of composite thin films based on C60 Journal of Physics: Conference Series 586 (1), 012002 (2015).
    2. Elistratova, M., Romanov, N., Zakharova, I., Kvyatkovskii, O. Optical spectroscopy of organic materials based on C60〈A2B6〉 Journal of Physics: Conference Series 541 (1), 012021 (2014).
    3. Kvyatkovskii, O.E., Zakharova, I.B., Ziminov, V.M.Ab initio calculations of supramolecular complexes of fullerene C60 with CdTe and CdS Physics of the Solid State 56 (6), pp. 1289-1295 (2014).
    4. Захарова И.Б., Зиминов В.М., Романов Н.М др. //Оптические и структурные свойства пленок фуллерена с добавлением теллурида кадмия. ФТТ, т.56, в.5, с.1024 (2014)
    5. Захарова И.Б., Зиминов В.М. Нащекин А.В., и др. //Оптическая спектроскопия композитных тонких пленок C60:CdS ФТП т. 47, стр. 107-111 (2013)
    6. Zakharova I.B.,Ziminov V.M.,Aleshin A.N.,Makarova T.L.// Fullerene Based Organic-Inorganic Bulk Heterojunction Exhibiting Rectifying Behavior. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, Vol. 7, 410-414 (2012)
    7. T.L. Makarova, I.B.ZAjharova, O.E. Kvyatkovskii et al.// Laser controlled magnetism in hydrogenated fullerene films Journal of Appl. Phys. 109, 083941 (2011)
    8. И.Б.Захарова, О.Е. Квятковский, Г.М. Ермолаева и др. // Нелинейные оптические свойства фуллерен-порфириновых комплексов. Оптический журнал, 77, 1, 3-8 (2010).
    9. I. B. Zakharova, G. M. Ermolaeva, V. B. Shilov et al. //Optical Non-Linearity in Thin Films and Solutions of C60-Zn(II) Tetraphenylporphyrin Complexes. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, Vol.4, № 2, p. 252-256(2009)
    10. А.Д. Ременюк, Т.К. Звонарева, И.Б. Захарова и др.// Исследование оптических свойств аморфного углерода,модифицированного платиной. ФТП, том 43, вып.7. 947-952 (2009)
    11. Захарова И.Б. Квятковский О.Е., Доненко Е.Г., Бирюлин Ю.Ф. // Оптические свойства, электронная структура и колебательный спектр тонких пленок C60-TPP. ФТТ, т. 51, в.9, стр. 1860-1867 (2009)
    12. T.L. Makarova, I.B.Zakharova, O.E. Kvyatkovskii, et al.// Experimental realization of high spin states in dilutely hydrogenated fullerenes. Phys. Status Solidi B, 246, 2778-2781 (2009).
    13. T.L.Makarova, I.B.Zakharova. Separation of intrinsic and extrinsic contribution to fullerene magnetism// Fullerenes, nanotubes and carbon nanostructures, 16 (5-6) 567-573 (2008)
    14. O.E.Kvyatkovskii, I.B.Zakharova Oxygen effect on magnetic properties of fullerenes.// Fullerenes, nanotubes and carbon nanostructures, 16 (5-6) 574-579 (2008)
    15. O.E. Kvyatkovskii, E.G. Donenko, I.B. Zakharova. Electronic structure and optical properties of charge-transfer fullerene-porphyrin complexes: ab initio calculations.// Fullerenes, nanotubes and carbon nanostructures, 16 (5-6) 530-533 (2008)
    16. I.B.Zakharova, E.A.Donenko, Yu.F.Biryulin, L.V.Sharonova Optical and photoelectrical properties of fullerene-Zn(II)tetraphenylporphyrin complexes.// Fullerenes, nanotubes and carbon nanostructures, 16 (5-6) 424-429 (2008)
    17. O.E. Kvyatkovskii, I.B. Zakharova, A.L. Shelankov, T.L. Makarova. Magnetic transition in the polymerised fullerene matrix.//Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. Vol.14 N2-3, P.373 (2006)
    18. O.E. Kvyatkovskii, I.B. Zakharova, A.L. Shelankov, T.L. Makarova. Magnetic properties of polimerized fullerene doped by Hydrogen, Fluorine, and Oxygens.//Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. Vol.14 N2-3, P.385 (2006)
    19. K– H. Han, I. B. Zakharova, I. T. Serenkov et al. Proton Bombardment of Hard Carbon// Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. Vol.14 N2-3, P.381 (2006)
    20. O.E. Kvyatkovskii, I.B. Zakharova, A.L. Shelankov, T.L. Makarova. Spin-transfer mechanism of ferromagnetism in polimerized fullerenes. //Phys. Rev. B,72, 214426 (2005)
    21. О.М.Сресели, И.Б.Захарова, С.П.Вуль и др. //ФТП, т.39, стр.1017-1020. (2005)
    22. I.B.Zakharova, I.V.Makarenko, T.L. Makarova, A.V.Nashchekin, V.N.Petrov, B.S.Razbirin, A.N.Starukhin, L.V.Belyakov. Initial Stage of Condensation of C60 Films on Semiconducting Substrates of Different Chemical Nature\\Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures, vol 12, No1, pp.559-565 (2004)
    23. Т L. Makarova, K. H. Han, P. Esquinazi, R. R. da Silva, Y. Kopelevich, I. B. Zakharova, B.Sundqvist. Magnetism in photopolymerized fullerenes.\\ Carbon 41 (8) 1575 - 1584 (2003).

    Учебные пособия

    1. И.Б.Захарова, Т.И.Зубкова. Электроника и микроэлектроника. Физико-технологические основы. Учебное пособие. СПб, Издательство СПбГПУ, 1996.
    2. Т.Л.Макарова, И.Б.Захарова. Электронная структура фуллеренов и фуллеритов. Учебное пособие. СПб, Издательство «Наука», 2001.
    3. И.Б.Захарова, Т.Л.Макарова. Молекулярная электроника и углеродные наноструктуры. СПб, Учебное пособие. СПб, Издательство СПбГПУ, 2008.
    4. И.Б.Захарова. Физические основы микро-и нанотехнологий. Учебное пособие. СПб, Издательство СПбГПУ, 2010.
    5. И.Б.Захарова. Функциональная микроэлектроника. Учебное пособие. СПб, Издательство СПбГПУ, 2013.
Тихо, идёт эксперимент