Не-друдеподобное поведение фотоиндуцированной диэлектрической проницаемости GaAs и Si в гигагерцовом диапазоне частот

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обнаружено не-друдеподобное поведение действительной части фотоиндуцированной диэлектрической проницаемости ReεP образцов GaAs и Si в гигагерцовом диапазоне. Измерения проведены прямым резонаторным методом в условиях волоконно-оптического облучения при различной мощности облучения P. Показано, что в согласии с гипотезой об экситонном механизме фотоиндуцированной микроволновой диэлектрической проницаемости ReεP увеличивается с ростом P (с приближением к насыщению выше P = 200 мВт) вместо уменьшения в рамках свободных носителей заряда по Друде. Продемонстрирована свидетельствующая в пользу универсальности экситонного механизма общность поведения действительных частей ReεP фотоиндуцированной диэлектрической проницаемости, наблюдаемой у полупроводников разных типов (прямозонного GaAs и непрямозонного Si) в разных электродинамических системах (волноводы, резонаторы, метаструктуры). Впервые предложены оптически управляемые в гигагерцовом диапазоне структурные элементы метаматериалов (метаструктуры), содержащие резонансные электропроводящие элементы, нагруженные образцами GaAs и Si: метаструктура на основе линейных диполей и полуволновой электрический диполь на основе многозаходной спирали. Впервые измерены гигагерцовые отклики метаструктур и трансформация откликов, связанная с изменением диэлектрической проницаемости Si и GaAs при фотовозбуждении. На основе выдвинутой гипотезы о влиянии экситонов на фотовозбуждение обсужден наблюдаемый эффект насыщения гигагерцовой фотоиндуцированной диэлектрической проницаемости.

Об авторах

В. С. Бутылкин

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vasebut@yandex.ru
Россия, 141190, Фрязино

Г. А. Крафтмахер

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: gaarkr139@mail.ru
Россия, 141190, Фрязино

А. С. Фишер

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: fisherps@mail.ru
Россия, 141190, Фрязино

Список литературы

  1. Chen H.T., O’Hara J.F., Azad A.K., Taylor A.J. // Laser Photonics Rev. 2011. V. 5. Iss. 4. P. 513. https://doi.org/10.1002/lpor.201000043
  2. Padilla W.J., Taylor A.J., Highstrete C., Lee M., Averitt R.D. // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 107401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.107401
  3. Chen H.T., Padilla W.J., Zide J., Gossard A.C., Tay-lor A.J., Averitt R.D. // Nature. 2006. V. 444. P. 597. https://www.doi.org/10.1038/nature05343
  4. Xiao S., Wang T., Jiang X., Liu T., Zhou C., Zhang J. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2020. V. 53. P. 503002. https://www.doi.org/10.1088/1361-6463/abaced
  5. Manceau J.M., Shen N.-H., Kafesaki M., Soukoulis C.M., Tzortzakis S. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 96. P. 021111. https://www.doi.org/10.1063/1.3292208
  6. Zhou J., Chowdhury D.R., Zhao R., Azad A.K., Chen H.-T., Soukoulis C.M., Taylor A.J., Hara J.F. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. № 3. P. 035448. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.035448
  7. Nemati A., Wang Q., Hong M. H., Teng J. H. // Opto-Electron Advances. 2018. V. 1. № 18. P.180009. https://www.doi.org/10.29026/oea.2018.180009
  8. Крафтмахер Г.А., Бутылкин В.С., Казанцев Ю.Н., Мальцев В.П., Фишер П.С. // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 114. № 9. С. 586. https://www.doi.org/10.31857/S1234567821210023
  9. Бутылкин В.С., Фишер П.С., Крафтмахер Г.А., Казанцев Ю.Н., Каленов Д.С., Мальцев В.П., Пархоменко М.П. // Радиотехника и электроника. 2022. Т. 67. № 12. С. 1185. https://www.doi.org/10.31857/S0033849422120038
  10. Маделунг О. Теория твердого тела. М.: Наука, 1980. 414 с.
  11. Rizza C., Ciattoni A., De Paulis F., Orlandi A., Palan-ge E., Colombo L. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2015. V. 48. P. 135103. https://www.doi.org/10.1088/0022-3727/48/13/135103
  12. Рогалин В.Е., Каплунов И.А., Кропотов Г.И. // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. № 6. С. 851. https://www.doi.org/10.21883/OS.2018.12.46951.190-18
  13. Busch S., Scherger B., Scheller M., Koch M. //Optics Lett. 2012. V. 37. № 8. P. 1391. https://doi.org/10.1364/OL.37.001391
  14. Мусаев А.М. // Физика и техника полупроводников. 2017. Т. 51. № 10. С. 1341. https://www.doi.org/10.21883/FTP.2017.10.45010.8520
  15. Бутылкин В.С., Фишер П.С., Крафтмахер Г.А., Казанцев Ю.Н., Каленов Д.С., Мальцев В.П., Пархоменко М.П. // Радиотехника и Электроника. 2023. Т. 68. № 2. С. 152. https://www.doi.org/10.31857/S003384942302002X
  16. Агекян В.Ф. // Соросовский образовательный журн. 2000. Т. 6. № 10. С. 101.
  17. Днепровский В.С. // Соросовский образовательный журн. 2000. Т.6. № 8. С. 88.
  18. Кашкаров П.К., Тимошенко В.Ю. // Оптика твердого тела и систем пониженной размерности. М.: Физический факультет МГУ, 2009. С. 190.
  19. Нокс Р. Теория экситонов. М.: Мир, 1966.
  20. Лакс Б., Баттон К. Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики, М.: Мир, 1965. 675 с.
  21. Казанцев Ю.Н., Крафтмахер Г.А. // ФММ. 1989. Т. 67. № 5. С. 902.
  22. Kraftmakher G., Butylkin V., Kazantsev Y., Mal’tsev V. // Electron. Lett. 2017. V. 53. № 18. P. 1264. https://www.doi.org/10.1049/el.2017.1886
  23. Бутылкин В.С., Каплан А.Е., Хронопуло Ю.Г., Якубович Е.И. Резонансные взаимодействия света с веществом. М.: Наука, 1977.
  24. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Физматгиз, 1963, С. 640.
  25. Файн В.М. Фотоны и нелинейные среды М.: Сов. Радио, 1972.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Измеренная в волноводном резонаторе (4.7 ГГц) динамика диэлектрической проницаемости Si (1) и GaAs (2) в зависимости от мощности оптического облучения P (на длине волны ë = 0.97 мкм) относительно P = 0: а – δReεP; б – ΔReεP; в – Δf; г – δImεP.

Скачать (500KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Метаструктура M1 на основе резонансных медных проводов в комбинации с ортогонально и асимметрично расположенной медной полоской 1 с разрывом 2, нагруженным Si: а – внешний вид; б – резонансный отклик прохождения T медной полоски, измеренный в прямоугольном волноводе с метаструктурой M1 при P = 0 (1); 80 (2); 550 мВт (3); 1 Вт (4).

Скачать (538KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Электрический полуволновой диполь на основе многозаходной спирали из медных проводов вокруг сердечника из GaAs: а – внешний вид; б – резонансный отклик прохождения T, измеренный в свободном пространстве при P = 0 (1); 60 (2); 100 (3); 120 мВт (4).

Скачать (282KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах