Топологическая оптимизация полупроводниковых детекторов инфракрасного диапазона с применением методов машинного обучения
| Название НИОКТР | Топологическая оптимизация полупроводниковых детекторов инфракрасного диапазона с применением методов машинного обучения |
|---|---|
| Аннотация | Ключевым процессом, определяющим эффективность детектирования электромагнитных волн, является их поглощение в светочувствительном материале. При продвижении длины волны излучения в инфракрасный диапазон проблема малого коэффициента поглощения материалов становится особенно острой. Даже в квантово-размерных структурах с подобранной шириной запрещенной зоны в десятки мЭв коэффициент поглощения отдельной квантовой ямой составляет единицы процентов. Проблема малого поглощения затрудняет создание ИК-детекторов и чувствительных тепловизоров на их основе. Распространенным вариантом решения проблемы малого поглощения является создание структур, концентрирующих электромагнитное излучение. К таким структурам можно отнести антенны, металлические решетки, массивы плазмонных наночастиц, и - говоря в общем - метаповерхности. Долгое время разработка метаповерхностей проводилась интуитивно, а их оптимизация велась по небольшому числу параметров. Достигнутый при такой оптимизации коэффициент поглощения мог быть далек от 100 %, или же достигаться лишь в узкой области длин волн. В данном проекте ставится глобальная задача поиска оптимальной формы планарной металлической метаповерхности, расположенной над полупроводниковым материалом, обеспечивающей поглощение, близкое к 100% в широком диапазоне длин волн (что особенно важно для детекторов, работающих при постоянном напряжении смещения, таких как болометрические ИК-детекторы). Решение подобной задачи оптимизации становится возможным благодаря развитию методов глубокого машинного обучения. Функция, переводящая геометрию метаповерхности в спектр ее поглощения (осуществляемая посредством решения уравнений Максвелла), будет аппроксимирована нейросетью с оптимально выбранными весами, для которой за короткое вычислительное время может быть найден глобальный оптимум. Далее этот оптимум может быть уточнен посредством прямых электромагнитных симуляций почти оптимальных структур. Предлагаемый к разработке метод максимизации в дальнейшем может быть применен для максимизации чувствительности любого детектора, лишь с небольшими модификациями, учитывающими зависимость оптических свойств материала от длины волны. В данном проекте экспериментальная верификация максимизации поглощения будет выполнена на структурах “графен - диэлектрик - металлическая метаповерхность” в терагерцовом и дальнем ИК - диапазонах. Для изготовленных структур будут измерены спектры поглощения методами ИК-Фурье спектроскопии. Выбор двумерного материала - графена - как тестового объекта обусловлен не только значительным опытом работы коллектива с этим материалом, но и перспективами двумерных материалов с малой (и нулевой) шириной запрещенной зоны в задачах ИК детектирования. Применение методов машинного обучения к дизайну метаматериалов является “горячей” темой, в которую вовлечено множество групп. Большинство, однако, ограничиваются компьютерным дизайном материалов. Особенностью данного проекта является наличие экспериментальной верификации. |
| Доступ к ОКОГУ исполнителя | False |
| Количество связанных РИД | 0 |
| Количество завершенных ИКРБС | 0 |
| Сумма бюджета | 3000.0 |
| Дата начала | 2025-04-30 |
| Дата окончания | 2026-12-31 |
| Номер контракта | 25-29-20273 |
| Дата контракта | 2025-04-30 |
| Количество отчетов | 2 |
| УДК | 621.315.592 |
| Количество просмотров | 11 |
| Руководитель работы | Капралов Кирилл Николаевич |
| Руководитель организации | Баган Виталий Анатольевич |
| Исполнитель | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)" |
| Заказчик | Российский научный фонд |
| Федеральная программа | Отсутствует |
| Госпрограмма | — |
| Основание НИОКТР | Грант |
| Последний статус | 2025-10-28 20:11:37 UTC, 2025-10-28 20:11:37 UTC |
| ОКПД | Услуги, связанные с научными исследованиями и экспериментальными разработками в области физики |
| Отраслевой сегмент | — |
| Минздрав | — |
| Межгосударственная целевая программа | — |
| Ключевые слова | искусственный интеллект; двумерные материалы; оптимизация; графен; дальний инфракрасный диапазон; тепловизор; широкополосный; Фотодетектор |
| Соисполнители | — |
| Типы НИОКТР | Фундаментальное исследование |
| Приоритетные направления | — |
| Критические технологии | — |
| Рубрикатор | 47.09.29 - Полупроводниковые материалы |
| OECD | — |
| OESR | Оптика (включая лазерную оптику и квантовую оптику) |
| Приоритеты научно-технического развития | Отсутствует |
| Регистрационные номера | ikrbs: {'card_list': [{'id': 'MVSOC4M37PILEFKZZ95JXX15'}]} |