Electrodynamic approach for calculating the absorption spectra of plasmons in a rectangle with a two-dimensional electron gas excited by an incident electromagnetic wave

封面

如何引用文章

全文:

详细

The purpose of this research is to develop an electrodynamic method for calculating the plasmon spectrum in a three-dimensional structure with a two-dimensional electron gas excited by an incident electromagnetic wave. Methods. The developed method is based on solving integral equations formed with respect to induced currents in the conducting parts of a three-dimensional structure. Results. The convergence of the method and the calculation time were studied. The conditions for the convergence of calculations of higher plasmon resonances in a rectangular structure with a two-dimensional electron gas are determined. The normal incidence of an arbitrarily polarized electromagnetic wave on a rectangle with a two-dimensional gas is studied. The spectra of the absorption, extinction, forward and back scattering cross sections of the incident wave are calculated. Conclusion. It is found that in a rectangular structure containing a two-dimensional electron gas, the spectrum of plasmon resonances is modified in comparison with established by two-dimensional models of problem formulation, in which the structure is assumed to be infinite and homogeneous in one of the directions. It has been established that the incident wave most effectively excites fundamental plasmon modes. Plasmonic modes exhibit strong charge accumulation at the edges of the rectangle, which significantly affects the resonant excitation frequencies of plasmonic modes.

作者简介

Denis Fateev

Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0003-1406-5385
SPIN 代码: 6228-0865
Scopus 作者 ID: 17433978100
Researcher ID: K-2579-2012
ul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia

Konstantin Mashinsky

Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0002-0724-6391
SPIN 代码: 9386-1966
Scopus 作者 ID: 56471874400
Researcher ID: F-1610-2017
ul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia

参考

  1. Popov VV. Plasmon excitation and plasmonic detection of terahertz radiation in the gratinggate field-effect-transistor structures. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2011;32:1178–1191. doi: 10.1007/s10762-011-9813-6.
  2. Meziani YM, Handa H, Knap W, Otsuji T, Sano E, Popov VV, Tsymbalov GM, Coquillat D, Teppe F. Room temperature terahertz emission from grating coupled two-dimensional plasmons. Applied Physics Letters. 2008;92(20):201108. doi: 10.1063/1.2919097.
  3. Popov VV, Polischuk OV, Shur MS. Resonant excitation of plasma oscillations in a partially gated two-dimensional electron layer. Journal of Applied Physics. 2005;98(3):033510. DOI: 10.1063/ 1.1954890.
  4. Fateev DV, Mashinsky KV, Polischuk OV, Popov VV. Excitation of propagating plasmons in a periodic graphene structure by incident terahertz waves. Physical Review Applied. 2019;11(6): 064002. doi: 10.1103/PhysRevApplied.11.064002.
  5. Marem’yanin KV, Ermolaev DM, Fateev DV, Morozov SV, Maleev NA, Zemlyakov VE, Gavrilenko VI, Popov VV, Shapoval SYu. Wide-aperture detector of terahertz radiation based on GaAs/InGaAs transistor structure with large-area slit grating gate. Technical Physics Letters. 2010;36:365–368. doi: 10.1134/S106378501004022X.
  6. Popov VV, Tsymbalov GM, Shur MS, Knap W. The resonant terahertz response of a slot diode with a two-dimensional electron channel. Semiconductors. 2005;39(1):142–146. DOI: 10.1134/ 1.1852665.
  7. Allen SJ, Jr, Stormer HL, Hwang JCM. Dimensional Resonance of the Two-Dimensional Electron Gas in Selectively Doped GaAs/AlGaAs Heterostructures. Phys. Rev. B. 1983;28:4875. doi: 10.1103/PhysRevB.28.4875.
  8. Fetter AL. Magnetoplasmons in a Two-Dimensional Electron Fluid: Disk Geometry. Physical Review B. 1986;33(8):5221. doi: 10.1103/PhysRevB.33.5221.
  9. Dahl C, Kotthaus JP, Nickel H, Schlapp W. Magnetoplasma Resonances in Two-Dimensional Electron Rings. Physical Review B. 1993;48:15480. doi: 10.1103/PhysRevB.48.15480.
  10. Mikhailov S. Radiative Decay of Collective Excitations in an Array of Quantum Dots. Physical Review B. 1996;54(15):10335. doi: 10.1103/PhysRevB.54.10335.
  11. Kovalskii VA , Gubarev SI, Kukushkin IV, Mikhailov SA, Smet JH, von Klitzing K, Wegscheider W. Microwave Response of Two-Dimensional Electron Rings. Physical Review B. 2006;73(19):195302. doi: 10.1103/physrevb.73.195302.
  12. Rodionov DA, Zagorodnev IV. Oscillations in Radiative Damping of Plasma Resonances in a Gated Disk of a Two-Dimensional Electron Gas. Physical Review B. 2022;106(23):235431. doi: 10.1103/PhysRevB.106.235431.
  13. Zarezin AM, Mylnikov D, Petrov AS , Svintsov D, Gusikhin PA, Kukushkin IV, Muravev VM. Plasmons in a Square of Two-Dimensional Electrons. Physical Review B. 2023;107(7):075414. doi: 10.1103/PhysRevB.107.075414.
  14. Dawood A, Park SJ, Parker-Jervis R, Wood C, Li L, Linfield EH, Davies AG, Cunningham JE, Sydoruk O. Effect of Mesa Geometry on Low-Terahertz Frequency Range Plasmons in Two Dimensional Electron Systems. J. Phys. D: Appl. Phys. 2022;55:015103. doi: 10.1088/1361- 6463/ac2401.
  15. Mylnikov D, Svintsov D. Limiting Capabilities of Two-Dimensional Plasmonics in Electromagnetic Wave Detection. Physical Review Appl. 2022;17(6):064055. doi: 10.1103/PhysRevApplied. 17.064055.
  16. Nikitin AY, Alonso-Gonzalez P, Velez S, Mastel S, Centeno A, Pesquera A, Zurutuza A, Casanova F, Hueso LE, Koppens FHL, Hillenbrand R. Real-Space Mapping of Tailored Sheet and Edge Plasmons in Graphene Nanoresonators. Nat. Photonics. 2016;10:239. doi: 10.1038/nphoton. 2016.44.
  17. Popov VV, Yermolaev DM, Maremyanin KV, Zemlyakov VE, Maleev NA, Gavrilenko VI, Bespalov VA, Yegorkin VI, Ustinov VM, Shapoval SYu. Detection of terahertz radiation by tightly concatenated InGaAs field-effect transistors integrated on a single chip. Applied Physics Letters. 2014;104(16):163508. doi: 10.1063/1.4873540.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

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».