Центр Лазерних Технологій та Наноінженерії

ДБ/Наноелектроніка

Назва

Інноваційні високоефективні об’ємні, плівкові та нанокомпозитні матеріали для електро- i нелінійно-оптичних пристроїв мікро- та наноелектроніки.

Зміст проєкту

Проблема, на вирішення якої було спрямовано дослідження:

Суттєве підви­щення ефективності електрооптичних та нелінійно-оптичних чутливих елемен­тів, резуль­татом чого стануть рекомендації для використання відповідних матеріалів в пристроях керування оптичним випромінюванням з характеристиками, які перева­жатимуть характ­еристики світових аналогів.

Об'єкт i предмет дослідження:

Об’ємні кристали ніобату літію, борату стронцію, лангаситу для електрооп­тичних дос­ліджень орієнтувались відносно кристалографічних осей; виготов­лялись зразки прямих та Х/45o зрізів, які перевірялись на відхилення від заданої орієнтації з допомогою поляризаційно-оптичного мікрос­копа. Дослідження електрооптичних коефіцієнтів здійснювались з допомогою інтерфе­рометра Маха-Цендера. тонкі плівки ZnO, леговані Sn, є особ­ливо інтригуючим, зважаючи на його актуальність у розвитку інтегрованих пристроїв нелінійної оптики.

Мета і основні завдання дослідження:

Метою проєкту є пошук та створення матеріалів для забезпечення більшої ефек­ти­вності роботи електрооптичних пристроїв керування світловим променем та пристроїв нелінійної оптики за рахунок використання оптимальної просторової орієнтації актив­них елементів пристроїв та/або технологічних підходів, які дозволять покращити влас­тивості відомих активних середовищ (зокрема, наноматриць, заповнених кристалічним матеріалом або рідким кристалом з оптимальною просторовою орієнтацією  нанокрис­талітів); заплановано також довести ефективність нового ефекту - дифракційного електро-оптичного ефекту.

Основні завдання проєкту:

Головні результати

  1. Розроблено технологію виготовлення наноком­позитів на основі нанорозмірних матриць. Отримано зразки мембран Al2O3 і SiO2, з наповненням кристалітами КВ5. Здійснені рентгеноструктурні дослідження показали, що в матрицях SiO2 та Si  знаходилися синтезовані кристалічні КВ5 та LiNbO3
  2. Модифіковано установку для нелінійнооптичних (НО) досліджень. Досліджено генерацію другої гармоніки (ГДГ) в нанокомпозитах Al2O3:Pt+OEP (платина-октаетил-порфірин) та Al2O3:Hel+Ni (гелікат з катіонами Ni2+), а також в кристалах ніобату літію LiNbO3 залежно від напрямку поля­ризації сигналу ГДГ та від кута повороту зразка. Вивчено нелінійнооптичні властивості другого та третього порядку в композитних тонких плівках на основі європію (Eu) та гадолінію (Gd) і поліметилметакрилату (ПММА). Виявлено, що ці композити мають хороші нелінійнооптичні влас­тивості. Апробовано модифікований метод екстремальних поверхонь для визначення можливих напрямків фазового синхронізму в кристалах.
  3. Створено установку для дослідженння електрооптичного (ЕО) ефекту на основі інтерферометра Маха-Цендера. Отримані первинні значення абсолютних ЕО коефіцієнтів модельного кристалу LiNbO3, які відмінно збігаються з літературними даними.
  4. Створені модифікований метод і відповідна апаратура для синтезу і дослідження антивідбива­ючого матеріалу. Показано, що матеріалом (з низьким коефіцієнтом відбивання в широкій області спектру) є нанопориста матриця Al2O3 із впровадженими в неї кристалами дигідрофосфату амонію (АDP, NH4H2PO4).

Оригінальність та інноваційні аспекти

Вперше отримано залежності ЕО ефективності від порядку дифракції для різних геометрій дифракційного ЕОЕ в кристалах лангаситу з періодичною зміною показника заломлення в об’ємі зразка.

Результати виконання роботи мають практичну цінність, що обумовлюється тими перспекти­вами використання, яке вони можуть мати в галузі розробки пристроїв керування світловим про­ме­нем та генерації коге­рентного оптичного випро­мінювання різних частот. Створення таких приладів із оптимізованими робочими харак­теристиками дозволить суттєво удосконалити існуючі наукові, прикладні, військові чи промислові оптичні системи, зокрема, підвищити ефективність модуляції електромаг­нітного випромінювання в системах передачі інформації. Ряд напрямків подальшого впро­вадження має подвійне призна­чен­ня, оскільки результати виконання проєкту можуть ефек­тив­но використовуватися у військових системах телекомунікацій, оптичній інфра­чер­воній далекометрії, системах захисту, передачі і обробки інформації чи бути вико­ристаними як антивідбиваюче покриття для військової техніки. Робота над створенням таких матеріалів проводиться в рамках виконання проєкту.

За матеріалами проекту були зроблені усні та стендові доповіді на міжнародних конференціях

  1. Shulha D., Buryy O., Andrushchak A. Vector phase matching in orthorhombic biaxial crystals by extreme surface method // 3rd International conference on innovative materials and nanoengineering, IMNE'2023: conference program and book of abstracts, Dovgoluka, Ukraine. - 2023. - P. 2-13. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=127565
  2. Buryy O., Kyryk M., Andrushchak A. The optimal geometries of piezoelectric effect in trigonai crystals // 3rd International conference on innovative materials and nanoengine¬ering, IMNE'2023: conference program and book of abstracts, Dovgoluka, Ukraine. - 2023. - C. 1-7. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=127564
  3. Андрущак А.С., Мицик Б.Г., Дем'янишин Н.М. Експериментальна перевірка прос¬торової анізотропії п’єзооптичного ефекту на прикладі кристалів LiNbO3:MgO // Актуальні проблеми фундаментальних наук: матеріали V міжнародної наукової конференції, Луцьк, Світязь, Україна. - 2023. - C. 39-41. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=127628
  4. El Karout H., Andrushchak A., Sofiani Z., El Kouari Y., Sahraoui B. Selected Lanthanide Complexes for Nonlinear Optical Applications // 2023 23rd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bucharest, Romania, 2023, pp. 1-4. 10.1109/ICTON59386.2023.10207554.
  5. Guichaoua D., Syvorotka I., Syvorotka N., Wielgosz R., Andrushchak A., El Karout H., Sahraoui B. Phase-Matched Magnetization-Induced Second-Harmonic Generation in Epitaxial Iron Garnet Thin Films // 2023 23rd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bucharest, Romania, 2023, pp. 1-4. 10.1109/ICTON59386.2023.10207419.
  6. Demyanyshyn N., Buryy O., Маksishko Y., Mytsyk B., Erba A., Maul J., Olhovyk B., Andrushchak A. Features of photoelastic properties of ordered-structure langasite group crtystals // Book of abstracts 3rd International Conference on Innovative Materials and NanoEngineering (IMNE’2023), November 10-13, 2023, Dovgoluka, Ukraine, Р.2-2. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=127627
  7. Andrushchak A., Demyanyshyn N., Kyryk M., Mytsyk B. Experimental verification of the indicative surfaces for photoelasticity on the example of LiNbO3:MgO crystals // Book of abstracts 3кd International Conference on Innovative Materials and NanoEngineering (IMNE'2023), November 10-13, 2023, Dovgoluka, Ukraine, Р. 4-5. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=127629
  8. Karout H. E., Kityk A., Wielgosz R., Taboukhat S., Guichaoua D., Andrushchak A., Krupka O., Sahraoui B. Comparative investigation of nonlinear optical responses in various lanthanide coordination compounds // Book of abstracts 3rd International Conference on Innovative Materials and NanoEngineering (IMNE'2023), November 10-13, 2023, Dovgoluka, Ukraine, Р. 49. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=129069
  9. Syvorotka I., Guichaoua D., Syvorotka N., Wielgosz R., Andrushchak A., Taboukhat S., Sahraoui B. Control of second-harmonic generation via phase-matched induced by magnetization in iron garnet epitaxial thin films // Book of abstracts 3rd International Conference on Innovative Materials and NanoEngineering (IMNE'2023), November 10-13, 2023, Dovgoluka, Ukraine, Р.46. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=129068
  10. Aamoum А., Taboukhat S., Andrushchak A., Wielgosz R., Lelonek M., Göring P., Sahraoui B. Study of relationship between nonlinear optical phenomena and the molecular structure of specific industrial organic compound // Book of abstracts 3rd International Conference on Innovative Materials and NanoEngineering (IMNE’2023), November 10-13, 2023, Dovgoluka, Ukraine, Р. 71. https://is.lpnu.ua/sciencelp/research/nonparticlesedit.aspx?id=129070
  11. Karout H., Andrushchak A., Sofiani Z., Kouari Y., Sahraoui B. Selected lanthanide complexes for nonlinear optical applications // 23rd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON). Bucharest, Romania. - 2023. - P. 1-4. (Scopus). https://ieeexplore.ieee.org/document/10207554
  12. Мицик Б., Aдамів В., Андрущак А., Вороняк Т., Дем’янишин Н., Ліщук O., Стасишин І., Теслюк I. Iнтерферометричні дослідження фотопружності боратного скла (Li2B4O7), легованого сріблом. - Луцьк APFS-2025.
  13. Адамів В., Горчинський В., Бордун І., Теслюк І., Буклів Р., Андрущак А. Оптико-фізичні властивості нанокристалічних структур в нанопористих матрицях Аl2О3. - Луцьк APFS-2025.
  14. Horchunsky V.I., Adamiv V.T., Teslyuk I.M., Bordun I.M., Andrushchak A.S. Nanocrystalline structures KDP based on AOA matrices // International workshop for young scientists «Functional materials for technical and biomedical applications» (Lviv, October 14-16, 2025). - 2025. P. 9
  15. Bendak A.V., Teslyuk I.M., Adamiv V.T., Andrushchak A.S. Bismuth borates embedded in nanoporous membranes // International workshop for young scientists «Functional materials for technical and biomedical applications» (Lviv, October 14-16, 2025). - 2025. P. 14
  16. Lishchuk O., Solomenchuk P. 3D analysis of photoelastic properties of Вa3TaGa3Si2O14 crystals // International workshop for young scientists «Functional materials for technical and biomedical applications» (Lviv, October 14-16, 2025). - 2025. P. 38.

Публікації

В рамках виконаного проекту надруковано науково-технічні статті:

  1. Waszkowska K., Karout H.E., Zawadzka A., Krupka O., Goncharova I., Göring P., Lelonek M., Andrushchak A., Sahraoui B. Relevance between structure and spectroscopic studies, along with  enhanced NLO response of porphyrin complexes and hybrid nanostructures // Surf. Interfaces. - 2023. - V.40. - P. 103010/1-13. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.103010.
  2. Waszkowska K., Cheret Y., Guichaoua D., Travers T., Ghayoury A., Gindre D., Göring P., Lelonek M., Andrushchak A., Goncharova I., Sahraoui B. Enhanced nonlinearities in hyb¬rid structure base don nanoporous membrane and a metallohelicate with promising application in nanophotonics and NLO // Opt. Lett. - 2023. - Vol. 48, №11. - P. 2897-2900. https://doi.org/10.1364/OL.487756. PMID:37262238.
  3. Buryy O., Vynnyk D., Voronyak T., Stasyshyn I. V., Ratych A., Andrushchak A. Propagation of acoustic waves in calcium tungstate crystals // J. Ukr. Phys. - 2023. - V.68(2). - P. 92-100. https://doi.org/10.15407/ujpe68.2.92.
  4. Waszkowska K., Cheret Y., Ayadi A., Zawadzka A., Strzelecki J., El-Ghayoury A., Kityk A.V., Andrushchak A., Sahraoui B. High Nonlinear Optical Efficiency in Zinc(II) and Copper(I) Stilbene Based Iminopyridine Complexes: Absorption, Emission Analysis and Advanced Characterization // Journal of Molecular Structure. - 2024. - V.1307. - P. 137912. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.137912.
  5. Abed S., Djaaboube H., Aouati R., Bouaballou A., Bouchouit K., Andrushchak A., Wielgosz R., Taboukhat S., Sahraoui B. Control of NLO and photocatalysis properties based on the use of Sn-doped ZnO thin films for optoelectronics applications // Modern Physics Letters B. - 2024. - V.38(32). - 2450315. https://doi.org/10.1142/S0217984924503159.
  6. D. Guichaoua, W. Alnusirat, V. Adamiv, N. Andrushchak, I. Teslyuk, D. Shulha, A. Andrushchak, Ya. Gnilitskyi, B. Sahraoui. Nonlinear Optical Properties of some Nanosized Ammonium Dihydrogen Phosphate Crystals incorporated in Aluminum oxide nanopores // AIP Advances. - 2024. - V.14. - P.115314. https://doi.org/10.1063/5.0231179.
  7. Buryy O., Shulha D., Andrushchak N., Danylov A., Sahraoui S., Andrushchak A. Optimal vector phase-matching conditions in biaxial crystalline materials determined by the extreme surfaces method: the case of orthorhombic crystals // Appl. Opt. - 2024. - V.63. - P.3725-3735. https://doi.org/10.1364/AO.518690.