Lateral'naya plazmonnaya sverkhreshetka v nerezonansnom rezhime

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Изучен коэффициент прохождения терагерцового излучения через латеральную плазменную сверхрешетку с элементарной ячейкой, состоящей из двух областей с разными скоростями плазменных волн, s1 и s1 (s1 > s1). Обобщена теория, разработанная ранее для резонансного случая, на нерезонансный режим, в предположении, что темп релаксации, γ, велик по сравнению с фундаментальными частотами плазменных колебаний ω1,2 в обеих областях. Описана эволюция коэффициента прохождения T с ростом частоты излучения, выявлено несколько режимов диссипации, построена общая диаграмма, описывающая эти режимы и найдены соответствующие аналитические выражения для T. Наиболее важный результат состоит в том, что T резко зависит от частоты ω и от напряжения на затворах, которые управляют скоростями s1,2. В частности, для ω2 ≪ ω1 прохождение T резко меняется в очень малом масштабе частот δω ≪ γ, определяемом макевелловской релаксацией (δω ∼ ω12/γ), так что сверхрешетка демонстрирует очень высокую чувствительность в узком частотном интервале. Неожиданное появление узкого пика глубоко в нерезонансном режиме является универсальным явлением и может также наблюдаться в ряде других фотоэлектрических эффектов.

References

  1. A. V. Chaplik, Sov. Phys. JETP 35, 395 (1972).
  2. S. J. Allen, D. C. Tsui, and R. A. Logan, Phys. Rev. Lett. 38, 980 (1977).
  3. T. Theis, J. Kotthaus, and P. Stiles, Solid State Commun.24, 273 (1977).
  4. D. Tsui, S. Allen, R. Logan, A. Kamgar, and S. Coppersmith, Surf. Sci.73, 419 (1978).
  5. T. Theis, J. Kotthaus, and P. Stiles, Solid State Commun. 26, 603 (1978).
  6. T. N. Theis, Surf. Sci. 98, 515 (1980).
  7. D. Tsui, E. Gornik, and R. Logan, Solid State Commun. 35, 875 (1980).
  8. J. Kotthaus, W. Hansen, H. Pohlmann, M. Wassermeier, and K. Ploog, Surface Science 196(1), 600 (1988).
  9. S. Maier, Plasmonics – Fundamentals and Applications, Springer, N.Y. (2007).
  10. M. Dyakonov and M. Shur, Phys. Rev. Lett. 71, 2465 (1993).
  11. M. Dyakonov and M. Shur, IEEE Trans. Electron Devices 43(3), 380 (1996).
  12. T. Otsuji and M. Shur, IEEE Microwave Magazine 15, 43 (2014).
  13. N. Akter, N. Pala, W. Knap, and M. Shur, THz Plasma Field Effect Transistor Detectors, Fundamentals of Terahertz Devices and Applications (2021), p. 285.
  14. M. Shur, G. Aizin, T. Otsuji, and V. Ryzhii, Sensors 21, 7907 92021).
  15. A. V. Muravjov, D. B. Veksler, V. V. Popov, O. V. Polischuk, N. Pala, X. Hu, R. Gaska, H. Saxena, R. E. Peale, and M. S. Shur, Appl. Phys. Lett. 96, 042105 (2010).
  16. S. Boubanga-Tombet, W. Knap, D. Yadav, Satou, D. B. But, V. V. Popov, I. V. Gorbenko, V. Kachorovskii, and T. Otsuji, Phys. Rev. X 10, 031004 (2020).
  17. D. V. Fateev, V. V. Popov, and M. S. Shur, Semiconductors 44, 1406 (2010).
  18. V. V. Popov, D. V. Fateev, T. Otsuji, Y. M. Meziani, D. Coquillat, and W. Knap, Appl. Phys. Lett. 99, 243504 (2011).
  19. V. Y. Kachorovskii and M. S. Shur, Appl. Phys. Lett. 100(23), 232108 (2012).
  20. V. V. Popov, D. V. Fateev, E. L. Ivchenko, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 91, 235436 (2015).
  21. A. S. Petrov, D. Svintsov, V. Ryzhii, and M. S. Shur, Phys. Rev. B 95, 045405 (2017).
  22. D. Fateev, K. Mashinsky, O. Polischuk, and V. Popov, Phys. Rev. Appl. 11, 064002 (2019).
  23. T. Otsuji, Y. M. Meziani, T. Nishimura, T. Suemitsu, W. Knap, E. Sano, T. Asano, and V. V. Popov, J. Phys. Condens. Matter 20(38), 384206 (2008).
  24. T. Otsuji, T. Watanabe, S. A. Boubanga Tombet, Satou, W. M. Knap, V. V. Popov, M. Ryzhii, and V. Ryzhii, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 3, 63 (2013).
  25. P. Sai, V. V. Korotyeyev, M. Dub, M. S-lowikowski, M. Filipiak, D. B. But, Y. Ivonyak, M. Sakowicz, Y. M. Lyaschuk, S. M. Kukhtaruk, G. Cywinski, and W. Knap, Phys. Rev. X 13, 041003(2023).
  26. G. R. Aizin, J. Mikalopas, and M. Shur, Phys. Rev. B 107, 245424 (2023).
  27. G. Aizin, S. Mundaganur, A. Mundaganur, and J. P. Bird, Sci. Rep. 14, 11856 (2024).
  28. M. Dub, P. Sai, P. Prystawko, W. Knap, and S. Rumyantsev, Nanomaterials 14(18), 1502 (2024).
  29. S. I. Gubarev, V. M. Muravev, I. V. Andreev, V. N. Belyanin, and I. V. Kukushkin, JETP Lett. 102, 461 (2015).
  30. T. K. Hakala, H. T. Rekola, A. I. V¨akev¨ainen, J.-P. Martikainen, M. Neˇcada, A. J. Moilanen, and P. T¨orm¨a, Nat. Commun. 8, 13687 (2017).
  31. I. Yahniuk, M. Hild, L. E. Golub, J. Amann, J. Eroms, D. Weiss, W.-H. Kang, M.-H. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 109, 235428 (2024).
  32. M. Dub, P. Sai, D. Yavorskiy, Y. Ivonyak, P. Prystawko, R. Kucharski, G. Cywinski, W. Knap, and S. Rumyantsev, arXiv, vol. arXiv:2505.07557 (2025).
  33. S. A. Mikhailov, Phys. Rev. B 58, 1517 (1998).
  34. I. Gorbenko and V. Kachorovskii, Phys. Rev. B 110, 155406 (2024).
  35. W. Knap, V. Kachorovskii, Y. Deng, S. Rumyantsev, J.-Q. Lu¨, R. Gaska, M. S. Shur, G. Simin, X. Hu, M. A. Khan, C. A. Saylor, and L. C. Brunel, J. Appl. Phys. 91, 9346 (2002).
  36. A. Zak, M. A. Andersson, M. Bauer, J. Matukas, Lisauskas, H. G. Roskos, and J. Stake, Nano Lett. 14, 5834 (2014).
  37. L. Vicarelli, M. S. Vitiello, D. Coquillat, A. Lombardo, C. Ferrari, W. Knap, M. Polini, V. Pellegrini, and Tredicucci, Nat. Mater. 11, 865 (2012).
  38. D. A. Bandurin, I. Gayduchenko, Y. Cao, M. Moskotin, Principi, I. V. Grigorieva, G. Goltsman, G. Fedorov, and D. Svintsov, Appl. Phys. Lett. 112, 141101 (2018).
  39. J. A. Delgado-Notario, V. Cleric`o, E. Diez, J. E. Vel´azquez-P´erez, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Otsuji, and Y. M. Meziani, APL Photonics 5, 066102 (2020).
  40. J. A. Delgado-Notario, W. Knap, V. Cleric`o, J. Salvador-S´anchez, J. Calvo-Gallego, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Otsuji, V. V. Popov, D. V. Fateev, E. Diez, J. E. Vel´azquez-P´erez, and Y. M. Meziani, Nanophotonics 11, 519 (2022).
  41. A. Soltani, F. Kuschewski, M. Bonmann, A. Generalov, Vorobiev, F. Ludwig, M. M. Wiecha, D. Cˇibiraite˙, F. Walla, S. Winnerl, S. C. Kehr, L. M. Eng, J. Stake, and H. G. Roskos, Light Sci. Appl. 9, 97 (2020).
  42. D. Veksler, F. Teppe, A. P. Dmitriev, V. Y. Kachorovskii, W. Knap, and M. S. Shur, Phys. Rev. B 73, 125328 (2006).
  43. C. Drexler, N. Dyakonova, P. Olbrich, J. Karch, M. Schafberger, K. Karpierz, Y. Mityagin, M. B. Lifshits, F. Teppe, O. Klimenko, Y. M. Meziani, W. Knap, and S. D. Ganichev, J. Appl. Phys. 111(12), 124504 (2012).
  44. K. S. Romanov and M. I. Dyakonov, Appl. Phys. Lett. 102(15), 153502 (2013).
  45. I. V. Gorbenko, V. Y. Kachorovskii, and M. S. Shur, Physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters 13(3), 1800464 (2019).
  46. I. V. Gorbenko, V. Y. Kachorovskii, and M. Shur, Opt. Express 27, 4004 (2019).
  47. Y. Matyushkin, S. Danilov, M. Moskotin, V. Belosevich, N. Kaurova, M. Rybin, E. D. Obraztsova, G. Fedorov, I. Gorbenko, V. Kachorovskii, and S. Ganichev, Nano Lett. 20, 7296 (2020).
  48. E. L. Ivchenko and S. D. Ganichev, JETP Lett.93(11), 673 (2011).
  49. I. V. Rozhansky, V. Y. Kachorovskii, and M. S. Shur, Phys. Rev. Lett. 114, 246601 (2015).
  50. P. Faltermeier, G. V. Budkin, J. Unverzagt et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 95, 155442 (2017).
  51. P. Faltermeier, G. Budkin, S. Hubmann, V. Bel’kov, L. Golub, E. Ivchenko, Z. Adamus, G. Karczewski, T. Wojtowicz, D. Kozlov, D. Weiss, and S. Ganichev, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 101, 178 (2018).
  52. S. Hubmann, V. V. Bel’kov, L. E. Golub, V. Y. Kachorovskii, M. Drienovsky, J. Eroms, D. Weiss, and S. D. Ganichev, Physical Review Research 2, 033186 (2020).
  53. P. Sai, S. O. Potashin, M. Szo-la, D. Yavorskiy, G. Cywin´ski, P. Prystawko, J. Lusakowski, S. D. Ganichev, S. Rumyantsev, W. Knap, and V. Y. Kachorovskii, Phys. Rev. 104, 045301 (2021).
  54. E. M¨onch, S. O. Potashin, K. Lindner, I. Yahniuk, L. E. Golub, V. Y. Kachorovskii, V. V. Bel’kov, R. Huber, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Eroms, D. Weiss, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 105, 045404 (2022).
  55. E. M¨onch, S. O. Potashin, K. Lindner, I. Yahniuk, L. E. Golub, V. Y. Kachorovskii, V. V. Bel’kov, R. Huber, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Eroms, D. Weiss, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 107, 115408 (2023).
  56. M. I. D’yakonov and A. Furman, Sov. Phys. JETP 65(3), 574 (1987).
  57. V. Fal’ko and D. Khmel’nitskii, Sov. Phys. JETP 68, 1150 (1989).
  58. S. O. Potashin, L. E. Golub, and V. Y. Kachorovskii, Phys. Rev. B 111, 205401 (2025).
  59. O. Sydoruk, K. Choonee, and G. C. Dyer, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 5(3), 486 (2015).
  60. A. M. Zarezin, D. Mylnikov, A. S. Petrov, D. Svintsov, P. A. Gusikhin, I. V. Kukushkin, and V. M. Muravev, Phys. Rev. B 107, 075414 (2023).
  61. E. Ivchenko and M. Petrov, Phys. Solid State 56, 1833 (2014).
  62. M. Krasheninnikov and A. Chaplik, Sov. Phys. Semiconductors 15, 19 (1981).
  63. G. Eliasson, J.-W. Wu, P. Hawrylak, and J. Quinn, Solid State Commun. 60(1), 41 (1986).
  64. S. Meshkov, J. Phys. Condens. Matter 3, 1773 (1991).
  65. W. L.Schaich, P. W. Park, and A. H. MacDonald, Phys. Rev. B 46, 12643 (1992).
  66. C. Ager and H. Hughes, Solid State Commun. 83(8), 627 (1992).
  67. A. Govorov, S. Studenikin, and W. Frank, Phys. Solid State 40, 499 (1998).
  68. O. Matov, O. Meshkov, and V. Popov, JETP 86, 538 (1998).
  69. A. A. Zagitova, V. M. Muravev, P. A. Gusikhin, A. A. Fortunatov, and I. V. Kukushkin, JETP Lett. 108, 446 (2018).
  70. M. Y. Morozov, V. V. Popov, and D. V. Fateev, Photonics Nanostructures: Fundam. Appl. 50, 101027 (2022).
  71. R. J. Wilkinson, C. D. Ager, T. Duffield, H. P. Hughes, D. G. Hasko, H. Ahmed, J. E. F. Frost, D. C. Peacock, D. A. Ritchie, G. A. C. Jones, C. R. Whitehouse, and N. Apsley, J. Appl. Phys. 71, 6049 (1992).
  72. B. Rejaei and A. Khavasi, J. Opt. 17, 075002 (2015).
  73. V. Semenenko, M. Liu, and V. Perebeinos, Phys. Rev. Appl. 14, 024049 (2020).
  74. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Mechanics. § 26. Forced oscillations under friction, 4th ed., Nauka, Moscow (1988).
  75. R. Feynman, R. Leighton, and M. Sands, The Feynman lectures on physics. § 23, The forced oscillator with damping. Addison-Wesley Pub. Co., Boston (1964).
  76. V. V. Popov, M. S. Shur, G. M. Tsymbalov, and D. V. Fateev, Int. J. High Speed Electron. Syst. 17(03), 557 (2007).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Supplementary Material to the article “Lateral plasmonic superlattice in strongly dissipative regime”
Download (278KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».