On the Laser Generation in Two-Dimensional Materials with Pumping by Quasitrapped Modes

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

A model has been proposed to describe the laser generation of two-dimensional semiconductor films with near-field pumping by quasitrapped modes excited in dielectric metasurfaces. A metastructure consisting of a Si metasurface coated with a MoTe2 film, where narrow-band resonance of a quasitrapped mode is joined with a broad exciton resonance of a two-dimensional material, has been designed. Threshold conditions for generation in the MoTe2 film with pumping by quasitrapped modes have been determined. The possibility of polarization control of the emission of the proposed metastructure has been demonstrated.

About the authors

M. Yu. Gubin

Department of Physics and Applied Mathematics, Vladimir State University; Center of Photonics and Two-Dimensional Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: alprokhorov33@gmail.com
600000, Vladimir, Russia; 141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

A. V. Shesterikov

Department of Physics and Applied Mathematics, Vladimir State University; Center of Photonics and Two-Dimensional Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: alprokhorov33@gmail.com
600000, Vladimir, Russia; 141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

V. S. Volkov

Center of Photonics and Two-Dimensional Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: alprokhorov33@gmail.com
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

A. V. Prokhorov

Department of Physics and Applied Mathematics, Vladimir State University; Center of Photonics and Two-Dimensional Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Author for correspondence.
Email: alprokhorov33@gmail.com
600000, Vladimir, Russia; 141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

References

  1. M. I. Stockman, J. Opt. 12, 024004 (2010).
  2. M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
  3. A. V. Shesterikov, M. Yu. Gubin, S. N. Karpov, and A. V. Prokhorov, JETP Lett. 107, 435 (2018).
  4. A. B. Evlyukhin, S. M. Novikov, U. Zywietz, R. L. Eriksen, C. Reinhardt, S. I. Bozhevolnyi, and B. N. Chichkov, Nano Lett. 12, 3749 (2012).
  5. P. Tonkaev and Yu. Kivshar, JETP Lett. 112, 615 (2020).
  6. A. I. Kuznetsov, A. E. Miroshnichenko, Y. H. Fu, J. Zhang, and B. Luk'yanchuk, Sci. Rep. 2, 492 (2012).
  7. E. Tiguntseva, K. Koshelev, A. Furasova, P. Tonkaev, V. Mikhailovskii, E. V. Ushakova, D. G. Baranov, T. Shegai, A. A. Zakhidov, Y. Kivshar, and S. V. Makarov, ACS Nano 14, 8149 (2020).
  8. N. M. Shubin, V. V. Kapaev, and A. A. Gorbatsevich, JETP Lett. 116, 205 (2022).
  9. A. M. Chernyak, M. G. Barsukova, A. S. Shorokhov, A. I. Musorin, and A. A. Fedyanin, JETP Lett. 111, 46 (2020).
  10. C. W. Hsu, B. Zhen, A. D. Stone, J. D. Joannopoulos, and M. Soljaˇci'c, Nat. Rev. Mater. 1, 16048 (2016).
  11. A. B. Evlyukhin, V. R. Tuz, V. S. Volkov, and B. N. Chichkov, Phys. Rev. B 101, 205415 (2020).
  12. A. V. Prokhorov, A. V. Shesterikov, M. Yu. Gubin, V. S. Volkov, and A. B. Evlyukhin, Phys. Rev. B 106, 035412 (2022).
  13. Y. Li, J. Zhang, D. Huang, H. Sun, F. Fan, J. Feng, Z. Wang, and C. Z. Ning, Nature Nanotechnol. 12, 987 (2017).
  14. G. A. Ermolaev, D. V. Grudinin, Y. V. Stebunov et al. (Collaboration), Nat.Commun. 12, 854 (2021).
  15. M. M. Glazov and E. L. Ivchenko, JETP Lett. 113, 10 (2021).
  16. A. B. Evlyukhin, M. A. Poleva, A. V. Prokhorov, K. V. Baryshnikova, A. E. Miroshnichenko, and B. N. Chichkov, Laser Photonics Rev. 15, 2100206 (2021).
  17. A. B. Evlyukhin, T. Fischer, C. Reinhardt, and B. N. Chichkov, Phys. Rev. B 94, 205434 (2016).
  18. A. B. Evlyukhin and B. N. Chickov, Phys. Rev. B 100, 125415 (2019).
  19. D. Ghazaryan, M. T. Greenaway, Z. Wang et al. (Collaboration), Nat. Electron. 1, 344 (2018).
  20. I. G. Lezama, A. Arora, A. Ubaldini, C. Barreteau, E. Giannini, M. Potemski, and A. F. Morpurgo, Nano Lett. 15, 2336 (2015).
  21. A. R. Beal and H. P. Hughes, J. Phys. C: Solid State Phys. 12, 881 (1979).
  22. A. Baranov and E. Tournie, Semiconductor lasers. Fundamentals and applications; Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials # 33, Woodhead Publishing Limited, Oxford, Cambridge, Philadelphia, New Delhi (2013).
  23. Q. Gu and Y. Fainman, Semiconductor Nanolasers, Cambridge University Press, Cambridge (2017).
  24. L. Li, M.-F. Lin, X. Zhang, A. Britz, A. Krishnamoorthy, R. Ma, R. K. Kalia, A. Nakano, P. Vashishta, P. Ajayan, M. C. Ho mann, D. M. Fritz, U. Bergmann, and O. V. Prezhdo, Nano Lett. 19, 6078 (2019).
  25. C. Z. Ning, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 19, 1503604 (2013).
  26. B. Munkhbat, P. Wrobel, T. J. Antosiewicz, and T. Shegai, arXiv:2203.13793 (2022).
  27. Z. -Y. Li and Y. Xia, Nano Lett. 10, 243 (2010).
  28. Y. Zhang, J. Li, Y. Wu, L. Liu, X. Ming, T. Jia, and H. Zhang, Plasmonics 12, 1983 (2017).
  29. U. Zywietz, A. B. Evlyukhin, C. Reinhardt, and B. N. Chichkov, Nat.Commun. 5, 3402 (2014).
  30. А. А. Жаров, Н. А. Жарова, JETP 162, 844 (2022).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 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».