Современная оптоэлектроника базируется на самых разнообразных оптических, фотоэлектрических и фотогальванических явлениях. Обнаружение новых эффектов при воздействии на полупроводниковые структуры оптического излучения, электрического и магнитного полей открывает новые функциональные возможности, ведет к созданию более совершенных приборов.

Физика полупроводниковых структур с пониженной размерностью – актуальное и быстро развивающееся направление в области физики полупроводников. В наноструктурах с квантовыми ямами, в одиночных гетеропереходах с двумерными электронами, в графене возникает целый ряд физических явлений, которые невозможно наблюдать в объемных материалах. В значительной степени это обусловлено более низкой симметрией двумерных полупроводниковых структур по сравнению с объемными полупроводниками.

В последнее десятилетие широко ведутся исследования спиновых явлений в полупроводниках и наноструктурах: изучаются особенности спин-орбитального взаимодействия, спиновая динамика электронов и дырок, процессы передачи углового момента фотона электронной системе. Кроме традиционных исследований по оптической ориентации спинов носителей заряда проводятся также эксперименты, нацеленные на изучение спинового эффекта Холла и спиновой ориентации носителей заряда под действием электрического тока.

Поглощение поляризованного света в полупроводниковых структурах может приводить не только к выстраиванию спинов носителей заряда, но и к выстраиванию их импульсов, в результате чего, наряду с оптической ориентацией, наблюдаются также различные фотогальванические эффекты. Исследование фотогальванических эффектов в двумерных структурах дает возможность выявлять симметрию структур и доминирующие механизмы рассеяния носителей заряда, определять времена релаксации энергии, импульса и спина, создавать фотоприемники различного функционального назначения.

Весьма информативным является также исследование оптического поглощения и двулучепреломления наноструктур с двумерным электронным газом в электрических полях. Подобные исследования не только имеют важное фундаментальное значение для физики двумерных электронов, но и обеспечивают надежные методы характеризации наноструктур, открывают путь для создания быстродействующих модуляторов оптического излучения.  

Другой проект, реализуемый в настоящее время, связан с терагерцовой плазмоникой. Физика плазмон-поляритонов в двумерных наноструктурах активно развивается в последнее дясятилетие. Новым направлением в этой области является получение эмиссии терагерцового излучения за счет поверхностных плазмон-поляритонов, взаимодействующих со структурными неоднородностями наноматериала. В рамках данного проекта предполагается изготовить и исследовать тонкие проводящие слои из различных полупроводников А3В5, содержащие как случайные, так и регулярно расположенные неоднородности, что позволит реализовать условия для эффективного возбуждения плазмон-поляритонов в терагерцовом диапазоне частот, а также для интенсивной эмиссии терагерцового излучения.

Таким образом, данные проекты предусматривают проведение фундаментальных и прикладных исследований в актуальных направлениях физики полупроводников и наноматериалов (оптика горячих электронов и терагерцовая плазмоника) и нацелены на создание эффективных источников излучения терагерцового диапазона.  

1. Orlov, E.Yu., Melentev, G.A., Shalygin, V.A., Suihkonen, S. Bulk plasmon-phonon polaritons in n-GaN. Journal of Physics: Conference Series 816(1),012004 (2017).
2. G.A.Melentev, V.A.Shalygin, L.E.Vorobjev, V.Yu.Panevin, D.A.Firsov, L.Riuttanen, S.Suihkonen, V.V.Korotyeyev, Yu.M.Lyaschuk, V.A.Kochelap, V.N.Poroshin. Interaction of surface plasmon polaritons in heavily doped GaN microstructures with terahertz radiation. Journ. of Appl. Phys. 119, 093104 (2016).
3. Shalygin V.A., Moldavskaya M.D., Danilov S.N., Farbshtein I.I., Golub L.E. Circular photon drag effect in bulk tellurium. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 93 (4), 045207 (2016).
4. Agekyan, V.F., Borisov, E.V., Vorobjev, L.E., Melentyev, G.A., Nykänen, H., Riuttanen, L., Serov, A.Y., Suihkonen, S., Svensk, O., Filisofov, N.G., Shalygin, V.A., Shelukhin, L.A. Optical and electrical properties of GaN: Si-based microstructures with a wide range of doping levels (2015) Physics of the Solid State, 57 (4), pp. 787-793.
5. G.A. Melentyev, V.A. Shalygin, M.D. Moldavskaya, V.Yu. Panevin, L.E. Vorobjev, D.A. Firsov, H. Nykänen, L. Riuttanen, O. Svensk, S. Suihkonen. Terahertz reflection and emission associated with nonequilibrium surface plasmon polaritons in n GaN. Journal of Physics: Conference Series, 2015. Vol. 586. Iss. 1. P. 012005-1 – 012005-6
6. .S. Mostovoy, G.A. Melentyev, V.A. Shalygin, M.D. Moldavskaya, L.E. Vorobjev. Optical phenomena associated with surface plasmon polaritons in GaN-based microstructures. Journal of Physics: Conference Series, 2014. Vol. 541. Iss. 1. P. 012093-1 – 012093-4.
7. P. Olbrich, C. Drexler, L. E. Golub, S. N. Danilov, V. A. Shalygin, R. Yakimova, S. Lara-Avila, S. Kubatkin, B. Redlich, R. Huber, S. D. Ganichev. Reststrahl band-assisted photocurrents in epitaxial graphene layers. Phys. Rev. B, 2013, Vol. 88, Issue 24, 245425 (7 pages).
8. В.Ф. Агекян, Л.Е. Воробьев, Г.А. Мелентьев, Н. Nykänen, А.Ю. Серов, S. Suihkonen, Н.Г. Философов, В.А. Шалыгин. Экситонные спектры и электропроводность эпитаксиальных слоев GaN, легированных кремнием. ФТТ, 2013, Т. 55, Вып. 2, С.260–264. English translation: V. F. Agekyan, , L. E. Vorob’ev, G. A. Melent’yev, H. Nykänen, A. Yu. Serov, S. Suihkonen, N. G. Filosofov, V. A. Shalygin. Exciton spectra and electrical conductivity of epitaxial silicon-doped GaN layers. Physics of the Solid State, 2013, Vol. 55, No. 2, pp. 296–300.
9. В.А. Шалыгин, А.Н. Софронов, Л.Е. Воробьев, И.И. Фарбштейн. Спиновая ориентация дырок при протекании тока в теллуре. ФТТ, 2012, Т. 54, Вып. 12, С.2237–2247. English translation: V. A. Shalygin, A. N. Sofronov, L. E. Vorob’ev, I. I. Farbshtein. Current-induced spin polarization of holes in tellurium. Physics of the Solid State, 2012, Vol. 54, No. 12, pp. 2362–2373.
10. Chongyun Jiang, V.A. Shalygin, V.Yu. Panevin, S.N. Danilov, M.M. Glazov, R. Yakimova, S. Lara-Avila, S. Kubatkin, S.D. Ganichev. Helicity-dependent photocurrents in graphene layers excited by midinfrared radiation of a CO2-laser. Phys. Rev. B, 2011, Vol. 84, Iss. 12, 125429 (11 pp).
11. V.A. Shalygin, L.E. Vorobjev, D.A. Firsov, A.N. Sofronov, G.A. Melentyev, W.V. Lundin, A.E. Nikolaev, A.V. Sakharov, A.F. Tsatsulnikov. Blackbody-like emission of terahertz radiation from AlGaN/GaN heterostructure under electron heating in lateral electric field. Journ. Appl. Phys., 2011, Vol. 109, Iss. 7,073108 (6 pp).
12. H. Diehl, V.A. Shalygin, L.E. Golub, S.A. Tarasenko, S.N. Danilov, V.V. Bel'kov, E.G. Novik, H. Buhmann, C. Brüne, L.W. Molenkamp, E.L. Ivchenko, S.D. Ganichev. Nonlinear magnetogyrotropic photogalvanic effect. Phys. Rev. B., 2009, Vol. 80, Iss. 7, 075311 (9 pp).
13. V.A. Shalygin, L.E. Vorobjev, D.A. Firsov, V.Yu. Panevin, A.N. Sofronov, G.A. Melentyev, A.V. Antonov, V.I. Gavrilenko, A.V. Andrianov, A.O. Zakharyin, S. Suihkonen, P.T. Törmä, M.Ali, H. Lipsanen. Impurity breakdown and terahertz luminescence in n-GaN epilayers under external electric field. J. Appl. Phys., 2009, Vol. 106, Iss. 12, 123523 (5 pp).
14. V. A. Shalygin, L. E. Vorobjev, D. A. Firsov, V.Yu. Panevin, A. N. Sofronov, A. V. Andrianov, A. O. Zakhar’in, A. Yu. Egorov, A. G. Gladyshev, O. V. Bondarenko, V. M. Ustinov, N. N. Zinov’ev, D. V. Kozlov. Terahertz luminescence in strained GaAsN:Be layers under strong electric fields. Applied Physics Letters, 2007, v.90, issue 16, 161128 (3 pp).
15. H. Diehl, V.A. Shalygin, S.N. Danilov, S.A. Tarasenko, V.V. Bel’kov, D. Schuh, W. Wegscheider, W. Prettl and S.D. Ganichev. Magneto-gyrotropic photogalvanic effects due to inter-subband absorption in quantum wells. Journal of Physics: Condensed Matter, 2007, v.19, 436232 (15 pp)
16. V.A. Shalygin, H. Diehl, Ch. Hoffmann, S. N. Danilov, T. Herrle, S.A. Tarasenko, D. Schuh, Ch. Gerl, W. Wegscheider, W. Prettl, S.D. Ganichev. Spin photocurrents and the circular photon drag effect in (110)-grown quantum well structures. JETP Letters, 2006, Vol. 84, No. 10, pp. 570–576.
17. V.A. Shalygin, L.E. Vorobjev, V.Yu. Panevin, D.A. Firsov, S. Hanna, H. Knieling, A. Seilmeier, E.M. Araktcheeva, N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, A.E. Zhukov, and V.M. Ustinov. Excited state photoluminescence in stepped InGaAs/AlGaAs quantum wells under picosecond excitation. International Journal of Nanoscience, 2003, v.2, No. 6, pp.427–435.
18. Л.Е. Воробьев, Д.А. Фирсов, В.А. Шалыгин, В.Н. Тулупенко, Ж.И. Алферов, Н.Н. Леденцов, П.С. Копьев, В.М. Устинов, Ю.М. Шерняков. Перспективы создания источников излучения среднего ИК диапазона на основе внутризонных межуровневых переходов носителей заряда в инжекционных лазерных гетероструктурах с квантовыми точками и ямами. УФН, 1999, Т. 169, Вып. 4, С. 459–463. English translation: L.E.Vorobjev, D.A.Firsov, V.A.Shalygin, V.N.Tulupenko, Zh.I.Alferov, N.N.Ledentsov, P.S.Kop'ev, V.M.Ustinov, Yu.M.Shernyakov. Design prospects for mid-IR radiation sources using intraband inter-level charge carrier transitions in injection-type, quantum dot/well laser heterostructures. Physics-Uspekhi, 1999, v.42, No. 4, p.391–405.
19. Л.Е. Воробьев, Е.А. Зибик, Д.А. Фирсов, В.А. Шалыгин, О.Н. Нащекина, И.И. Сайдашев. Модуляция оптического поглощения квантовых ям GaAs/AlGaAs в поперечном электрическом поле. ФТП, 1998, Т. 32, Вып. 7, С.849–851. English translation: L.E.Vorob'ev, E.A.Zibik, D.A.Firsov, V.A.Shalygin, O.N.Nashchekina, I.I.Saidashev. Modulation of optical absorption of GaAs/AlGaAs quantum wells in a transverse electric field. Semiconductors, v.32(7), p.754-756, 1998.
20. Штурбин А.В., Шалыгин В.А., Стафеев В.И. Определение диффузионно-рекомбинационных параметров полупроводников бесконтактным методом ФТП, 1995, т.29, № 11, с.2039-2052. English translation: Shturbin A.V., Shalygin V.A., Stafeev V.I. Determination of the diffusion-recombination parameters of semiconductors by a contact-free method. Semiconductors, 1995, v.29, No.11, p.1064-1070.
21. Воробьев Л.Е., Ивченко Е.Л., Пикус Г.Е., Фарбштейн И.И., Шалыгин В.А., Штурбин А.В. Оптическая активность в теллуре, индуцированная током. Письма в ЖЭТФ, 1979, т.29, в.8, с.485-489. English translation: Vorobjev L.E., Ivchenko E.L, Pikus G.E., Farbshtein I.I., Shalygin V.A., Shturbin A.V. Optical activity in tellurium induced by a current. JETP Letters, 1979, v.29, No.8, pp.441-445.

1. Воробьёв Л.Е., Ивченко Е.Л., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А. Оптические свойства наноструктур (Под ред. Е.Л.Ивченко и Л.Е.Воробьева).
С.-Петербург, Изд-во Наука, 2001. 188 с.

2. Воробьев Л.Е., Данилов С.Н., Ивченко Е.Л., Левинштейн М.Е., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А. Кинетические и оптические явления в сильных электрических полях в полупроводниках и наноструктурах. Учебное пособие/ Под редакцией Л.Е.Воробьева.
СПб.: "Наука", 2000. 160 стр.  

II – XI Российские конференции по физике полупроводников (Зеленогорск, 1996; Москва, 1997 и 2005; Новосибирск, 1999 и 2009; Н. Новгород, 2001 и 2011; С.-Петербург, 2003 и 2013; Екатеринбург, 2007)

Всероссийские совещания “Нанофотоника” (Н. Новгород, 1999 – 2004)

9 Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы» (Москва, 2013); Симпозиум «Полупроводниковые лазеры: физика и технология» (С.-Петербург, 2008)

23, 24, 28 и 31 Международные конференции по физике полупроводников (Берлин, Германия, 1996; Иерусалим, Израиль, 1998; Вена, Австрия, 2006; Цюрих, Швейцария, 2012)

4 – 8, 10 – 15, 17, 18 и 21 Международные симпозиумы “Наноструктуры: физика и технология” (С.-Петербург, 1996 – 2000, 2002 – 2006, 2010 и 2013; Новосибирск, 2007; Минск, Беларусь, 2009)

IX и XI – XVII Международные симпозиумы «Нанофизика и наноэлектроника» (Н. Новгород, 2005 и 2007 – 2013); 9 Международная конференция по сверхрешеткам, микроструктурам и микроприборам (Льеж, Бельгия, 1996)

5, 7 и 9 Международные конференции по межподзонным переходам в квантовых ямах (Бад-Ишль, Австрия, 1999; Эволен, Швейцария, 2003; Эмблсайд, Великобритания, 2007)

10 – 14 Международные симпозиумы по сверхбыстрым явлениям в полупроводниках (Вильнюс, Литва, 1998, 2001, 2004, 2007 и 2010); Международные симпозиумы по исследованиям полупроводниковых приборов (Шарлотсвилль, США, 1995 и 1997)

13 Международная конференция по динамике неравновесных носителей в полупроводниках (Модена, Италия, 2003)

16 Международная конференции по динамике электронов в полупроводниках (Монпелье, Франция, 2009)

16 Международной конференции по полупроводниковым лазерам (Нара, Япония, 1998); Европейские конференции по лазерам и электрооптике (Глазго, Великобритания, 1998; Ницца, Франция, 2000)

Международный форум по нанотехнологиям (Москва, 2008)

32, 34 и 35 Международные конференции по инфракрасным, миллиметровым и терагерцовым волнам (Кардифф, Великобритания, 2007; Бусан, Корея, 2009; Рим, Италия, 2010)