Photoinduced Microwave Permittivity of Semiconductors: Exciton Mechanism

V. S. Butylkin; Бутылкин В. С.; P. S.  Fisher; Фишер П. С.; G. A. Kraftmakher; Крафтмахер Г. А.; Yu. N. Kazantsev; Казанцев Ю. Н.; D. S. Kalenov; Каленов Д. С.; V. P. Maltsev; Мальцев В. П.; M. P. Parkhomenko; Пархоменко М. П.

doi:10.31857/S003384942302002X

Photoinduced Microwave Permittivity of Semiconductors: Exciton Mechanism

Authors: Butylkin V.S.¹, Fisher P.S.¹, Kraftmakher G.A.¹, Kazantsev Y.N.¹, Kalenov D.S.¹, Maltsev V.P.¹, Parkhomenko M.P.¹
Affiliations:
1. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Fryazino Branch, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 68, No 2 (2023)
Pages: 152-156
Section: РАДИОФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ И ПЛАЗМЕ
URL: https://journals.rcsi.science/0033-8494/article/view/138114
DOI: https://doi.org/10.31857/S003384942302002X
EDN: https://elibrary.ru/LBTXGY
ID: 138114

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Significant differences observed in the behavior of photoinduced permittivity ε of semiconductors in the gigahertz (GHz) and terahertz (THz) ranges are explained within the framework of the exciton mechanism by the different position of these ranges relative to the frequencies of exciton interlevel transitions. The measurements in the GHz range of the photoinduced changes of quantities Imε(P_λ) and Reε(P_λ) of CdS, CdSe and Si samples in a waveguide resonator (f = 4.7 GHz) and transmittance T of Si samples in free space (f = 8–36 GHz ) under fiber-optic irradiation (P_λ = 0–370 mW and λ = 0.97 μm) that exhibit non-Drude response prove the theoretical conclusions: an increase in Reε^(GHz)(P_λ) with increasing P_λ and an increase in transmittance T with decreasing frequency f at fixed power P_λ.

Keywords

photoinduced permittivity, exciton mechanism, non-Drude response, transmittance

References

Brown A.R., Rebeiz G.M. // IEEE Trans. 2000. V. MTT-48. № 7. P. 1157.
Замешаева Е.Ю., Туральчук П.А., Тургалиев В.М. и др. // Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39. № 18. С. 87.
Геворкян В., Кочемасов В., Устинов А. // Компоненты и технологии. 2017. № 3. С. 16.
Srinivasan G., Tatarenko A.S., Bichurin M.I. // Electron. Lett. 2005. V. 41. № 10. P. 596.
Крафтмахер Г.А., Бутылкин В.С., Казанцев Ю.Н., Мальцев В.П. // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 109. № 4. С. 224.
Chen H.T., O’Hara J.F., Azad A.K., Taylor A.J. // Laser Photonics Rev. 2011. V. 5. № 4. P. 513.
Padilla W.J., Taylor A.J., Highstrete C. et al. // Phys. Rev. 2006. V. 96. № 10. P. 107401.
Chen H.T., Padilla W.J., Zide J. et al. // Nature. 2006. V. 444. № 7119. P. 597. https://doi.org/10.1038/nature05343
Xiao S., Wang T., Jiang X. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2020. V. 53. № 50. P. 503002.
Manceau J.M., Shen N.-H., Kafesaki M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 96. № 2. P. 021111.
Nemati A., Wang Q., Hong M.H., Teng J.H. // Opto-Electron Advances. 2018. V.1. № 18. P. 180009. https://doi.org/10.29026/oea.2018.180009
Zhou J., Chowdhury D.R., Zha R. et al. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. № 3. P. 035448. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.035448
Крафтмахер Г.А., Бутылкин В.С., Казанцев Ю.Н. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 114. № 9. С. 586.
Маделунг О. Теория твердого тела. М.: Наука, 1980. С. 414.
Бутылкин В.С., Фишер П.С., Крафтмахер Г.А. и др. // РЭ. 2022. Т. 67. № 12. С. 1185.
Файн В.М. Фотоны и нелинейные среды. М.: Сов. радио, 1972. С. 472.
Бутылкин В.С., Каплан А.Е., Хронопуло Ю.Г., Якубович Е.И. Резонансные взаимодействия света с веществом. М.: Наука, 1977. С. 352.
Митропольский Ю.А. Метод усреднения в нелинейной механике. Киев: Наукова думка, 1971. С. 440.
Busch S., Scherger B., Scheller M., Koch M. // Optics Lett. 2012. V. 37. № 8. P. 1391.
Лакс Б., Баттон К. Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики. М.: Мир, 1965. С. 675.
Казанцев Ю.Н., Крафтмахер Г.А. // Физика металлов и металловедение. 1989. Т. 67. № 5. С. 902.