Gibridnoe fotovozbuzhdenie sverkhchistogo almaza femtosekundnymi lazernymi impul'sami srednego IK-diapazona

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Прямое межзонное и внутрищелевое фотовозбуждение фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона (длина волны λ = 4.0, 4.7 мкм) исследовано в сверхчистом химическиосажденном алмазе, используя характеристическую УФ фотолюминесценцию свободных экситонов и А-полосы электронов, захваченных внутри диэлектрической щели на глубоких донорно-акцепторных или дислокационных ловушках. При низких интенсивностях лазерного излучения (I < 10 ТВт/см2) экситонная фотолюминесценция демонстрирует нелинейную зависимость от Iλ2 с показателями степени N ≈ 17 (4.0 мкм) и 14 (4.7 мкм), недостаточными для прямого межзонного перехода через прямую щель (≥ 6.5 эВ) на величину ≈ 1.2 и 2.8 эВ соответственно. Аналогично, показатель степени N ≈ 9 (4.7 мкм) для внутрищелевого (≈ 3.5 эВ) фотовозбуждения люминесценции А-полосы указывает на недостаток ≈1 эВ. В данном режиме, при промежуточной величине параметра Келдыша γ ∼ 1, зависящей от величины Iλ2, такое незавершенное многофотонное возбуждение предполагает гибридный межзонный переход “многофотонное возбуждение + туннелирование”, предсказываемый теорией Келдыша, но никогда однозначно экспериментально не наблюдавшийся. При высоких интенсивностях лазерного излучения (I > 10 ТВт/см2) интенсивность фотолюминесценции экситонов и А-полосы показывает (суб)линейный характер зависимостей, по-видимому, отражающий формирование более сильно поглощающей электрон-дырочной плазмы. Наблюдаемые эффекты проливают свет на гибридный характер фотовозбуждения в сильных полях при промежуточных величинах γ и открывают возможности для управления нелинейно-оптическими свойствами полупроводников и диэлектриков с помощью внутрищелевых примесно-дефектных состояний.

References

  1. L. V. Keldysh, JETP 47, 1945 (1964).
  2. V. V. Temnov, K. Sokolowski-Tinten, P. Zhou, A. El-Khamhawy, and D. von Der Linde, Phys. Rev. Lett. 97(23), 237403 (2006).
  3. C. Sarpe, J. Kohler, T. Winkler, M. Wollenhaupt, and T. Baumert, New J. Phys. 14(7), 075021 (2012).
  4. S. I. Kudryashov, P. A. Danilov, N. A. Smirnov, N. G. Stsepuro, A. E. Rupasov, R. A. Khmelnitskii, E. A. Oleynichuk, A. V. Kuzmin, A. O. Levchenko, Y. S. Gulina, S. N. Shelygina, I. V. Sozaev, M. Kovalev, and O. E. Kovalchuk, Applied Surface Science 575, 151736. (2022).
  5. H. Xu, Y. Cheng, S. L. Chin, and H. B. Sun, Laser Photonics Rev. 9(3), 275 (2015).
  6. W. Cho, S. I. Hwang, C. H. Nam, M. R. Bionta, P. Lassonde, B. E. Schmidt, H. Ibrahim, F. Legare, and K. T. Kim, Sci. Rep. 9(1), 16067 (2019).
  7. A. M. Zheltikov, Molecular and Optical Physics 50(9), 092001 (2017).
  8. E. A. Migal, S. Y. Stremoukhov, and F. V. Potemkin, Phys. Rev. A 101(2), 021401 (2020).
  9. A. S. Woutersen, U. Emmerichs, and H. J. Bakker, Science 278(5338), 658 (1997).
  10. E. Mareev, A. Pushkin, E. Migal, K. Lvov, S. Stremoukhov, and F. Potemkin, Sci. Rep. 12(1), 7517 (2022).
  11. S. Maragkaki, G. D. Tsibidis, L. Haizer, Z. Papa, R. Flender, B. Kiss, Z. Marton, and E. Stratakis, Applied Surface Science 612, 155879 (2023).
  12. C. Kolano, J. Helbing, M. Kozinski, W. Sander, and P. Hamm, Nature 444(7118), 469 (2006).
  13. V. Kompanets, S. Shelygina, E. Tolordava, S. Kudryashov, I. Saraeva, A. Rupasov, O. Baitsaeva, R. Khmelnitskii, A. Ionin, Yu. Yushina, S. Chekalin, and M. Kovalev, Biomed. Opt. Express 12(10), 6317 (2021).
  14. F. Silva, D. R. Austin, A. Thai, M. Baudisch, M. Hemmer, D. Faccio, A. Couairon, and J. Biegert, Nat. Commun. 3(1), 807 (2012).
  15. R. Torres, T. Siegel, L. Brugnera, I. Procino, J. G. Underwood, C. Altucci, R. Velotta, E. Springate, C. Froud, I. C. E. Turcu, S. Patchkovskii, M. Yu. Ivanov, O. Smirnova, and J. P. Marangos, Phys. Rev. A 81(5), 051802 (2010).
  16. X. L. Zhu, S. M. Weng, M. Chen, Z. M. Sheng, and J. Zhang, Light Sci. Appl. 9(1), 46 (2020).
  17. A. M. Zaitsev, Optical properties of diamond: a data handbook, Springer Science & Business Media, Bochum (2013).
  18. S. I. Kudryashov, P. A. Danilov, V. G. Vins, D. A. Pomazkin, P. P. Pakholchuk, M. L. Skorikov, I. V. Smetanin, P. V. Duong, and P. H. Minh, JETP Lett. 119(3), 173 (2024).
  19. B. Sotillo, V. Bharadwaj, J. P. Hadden, M. Sakakura, A. Chiappini, T. T. Fernandez, S. Longhi, O. Jedrkiewicz, Y. Shimotsuma, L. Criante, R. Osellame, G. Galzerano, M. Ferrari, K. Miura, R. Ramponi, P. E. Barclay, and S. M. Eaton, Sci. Rep. 6, 35566 (2016).
  20. Handbook of optical constants of solids, ed. by E. D. Palik, Academic press, Amsterdam (1998), v. 3.
  21. M. Kozak, F. Trojanek, and P. Maly, Opt. Lett. 37(11), 2049 (2012).
  22. S. Kudryashov, P. Danilov, N. Smirnov, A. Levchenko, M. Kovalev, Y. Gulina, O. Kovalchuk, and A. Ionin, Opt. Mater. Express 11(8), 2505 (2021).
  23. T. Streibel and R. Zimmermann, Annu. Rev. Anal. Chem. 7, 361 (2014).
  24. G. D. Tsibidis and E. Stratakis, Appl. Phys. Lett. 122(4), 043501 (2023).
  25. S. S. Mao, F. Quere, S. Guizard, X. Mao, R. E. Russo, G. Petite, and P. Martin, Applied Physics A 79, 1695 (2004).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».