В 2022 году в рамках конкурсного отбора по программе «Приоритет 2030» в ЛФИ открылась лаборатория оптики ультрахолодных атомных систем и функциональных материалов, созданная совместно с Физическим институтом им. П. Н. Лебедева РАН. Лаборатория функционирует в тесном взаимодействии с кафедрой квантовой радиофизики.

Лаборатория ориентирована на решение комплекса задач современной фотоники и оптических квантовых технологий. Основными объектами исследований являются ультрахолодные атомные ансамбли и 2D функциональные материалы, перспективные для квантовых вычислителей и сенсорики.

Наряду с узкоспециализированными задачами экспериментальная база лаборатории позволит развивать новые междисциплинарные направления, связанные как с квантовыми симуляциями 2D материалов, так и с исследованием сложных квантовых систем, возникающих в результате взаимодействия холодных атомов с атомарно тонкими пленками.

Магнито-оптическая ловушка позволяет замедлять атомы ⁸⁷Rb до температур порядка 300 мкК методом лазерного охлаждения.

Спектр низкотемпературной (5 К) микрофотолюминесценции тонкой пленки дисульфида олова SnS2, синтезированного при высоких давлении и температуре. Обнаружена яркая ближняя ИК люминесценция.

Изображение поверхности монослоя EuS2, поученное на атомно-силовом микроскопе. Наши наработки в исследованиях оптических свойств дихалькогеднидов редкоземельных и постпереходных металлов, реализующих слоистую структуру, позволяют получать сверхтонкие пленки (вплоть до монослоев) при помощи механического расщепления. Монослой EuS2 получен из объемного кристалла, синтезированного методом высоких температур и высоких давлений.

Мы продолжаем работы по синтезу объемных кристаллов дихалькогенидов металлов при высоких давлениях и температуре и занимаемся исследованиями получаемых объемных кристаллов и изготавливаемых из них тонких пленок оптическими методами. Планируются исследования возможности легирования кристаллов, полученных по данной методике. Будут модернизированы для работы в инертной среде установка для микромеханического расщепления объемных кристаллов слоистых полупроводников до тонких пленок и установка для манипуляций с тонкими пленками методом сухого переноса. К нашим новым направлениям можно отнести поиск тонких пленок слоистых материалов, обладающих n- и p-типом проводимости, и реализацию Ван-дер-Ваальсовых гетероструктур с p-n переходом.

Также планируется охлаждение атомов рубидия до температур порядка 10 мкК методом субдоплеровского охлаждения и перезахват в оптическую дипольную ловушку.

Уже на 2024 год мы планируем исследования возможности создания фотоприемных элементов на основе тонких пленок дихалькогенидов переходных металлов и возбуждение высоковозбужденных ридберговских состояний в холодных атомах рубидия.