Effekt fotonnogo uvlecheniya na granitse metalla i dvumernogo poluprovodnika

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Эффект фотонного увлечения представляет собой механизм генерации фототока, в котором импульс электромагнитного поля передается непосредственно носителям заряда. Считается, что этот эффект слаб в силу малости импульса фотона по сравнению с типичными значениями импульса носителей заряда. В данной работе мы показываем, что фотонное увлечение становится особенно сильным на контакте между металлами и 2d-материалами, где при дифракции генерируются крайне неоднородные локальные электромагнитные поля. Для этого мы объединяем точное решение задачи дифракции на контакте “металл–2d-материал” с микроскопической теорией эффекта фотонного увлечения и выводим зависимости соответствующего фотонапряжения от параметров электромагнитного поля и 2d-системы. Отклик по напряжению оказывается обратно пропорционален частоте электромагнитной волны ω, двумерной плотности заряда и безразмерному коэффициенту передачи импульса α, который зависит только от 2dпроводимости, измеренной в единицах скорости света η = 2πσ/c и поляризации в падающей волне. Для p-поляризованного падающего света коэффициент передачи импульса оказывается конечным даже для исчезающе малой 2d проводимости η, что является следствием динамического эффекта громоотвода. Для s-поляризованного падающего света коэффициент передачи импульса масштабируется как η ln η−1, что является следствием дипольного характера излучения контакта на больших расстояниях. Теория обобщена на случай когда в системе присутствуют два типа носителей зарядов (электроны и дырки) и предсказан дальнейший рост эффекта увлечения по обе стороны от точки зарядовой нейтральности.

About the authors

D. Svintsov

Email: svintcov.da@mipt.ru

Zh. Devizorova

References

  1. A. F. Gibson, M. F. Kimmitt, and A. C. Walker, Appl. Phys. Lett. 17, 75 (1970).
  2. S. Ganihev, S. Emel’yanov, and I. Yaroshetskii, Semicondutors 17, 436 (1983).
  3. J. Karch, P. Olbrich, M. Schmalzbauer et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 105, 227402 (2010).
  4. S. Stachel, G. V. Budkin, U. Hagner, V. V. Bel’kov, M. M. Glazov, S. A. Tarasenko, S. K. Clowes, T. Ashley, A. M. Gilbertson, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 89, 115435 (2014).
  5. V. Shalygin, H. Diehl, C. Hoffmann, S. Danilov, T. Herrle, S. A. Tarasenko, D. Schuh, C. Gerl, W. Wegscheider, W. Prettl, and S. D. Ganichev, LETP Lett. 84, 570 (2007).
  6. M. V. Entin, L. I. Magarill, and D. L. Shepelyansky, Phys. Rev. B 81, 165441 (2010).
  7. M. Entin, M. Mahmoodian, and L. Magarill, Phys. E: Low-Dimens. Syst. Nanostructures 42, 1220 (2010).
  8. L.I. Magarill and M.V. Entin, LETP Lett. 78, 213 (2003).
  9. N. Noginova, A. V. Yakim, J. Soimo, L. Gu, and M. A. Noginov, Phys. Rev. B 84, 1 (2011).
  10. V. V. Popov, D. V. Fateev, E. L. Ivchenko, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 91, 235436 (2015).
  11. P. Olbrich, J. Kamann, M. Konig, J. Munzert, L. Tutsch, J. Eroms, D. Weiss, M.-H. Liu, L. E. Golub, E. L. Ivchenko, V. V. Popov, D. V. Fateev, K. V. Mashinsky, F. Fromm, T. Seyller, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 93, 075422 (2016).
  12. V. V. Popov, Appl. Phys. Lett. 102, 253504 (2013).
  13. A. A. Gunyaga, M. V. Durnev, and S. A. Tarasenko, Phys. Rev. B 108, 115402 (2023).
  14. A. Satou and S. A. Mikhailov, Phys. Rev. B 75, 1 (2007).
  15. I. V. Zagorodnev, A. A. Zabolotnykh, D. A. Rodionov, and V. A. Volkov, Nanomaterials 13, 975 (2023).
  16. J. Duan, F. J. Alfaro-Mozaz, J. Taboada-Gutierrez et al. (Collaboration), Adv. Mater. 34, 2104954 (2022).
  17. A. Woessner, P. Alonso-Gonzalez, M. B. Lundeberg et al. (Collaboration), Nat. Commun. 7, 10783 (2016), 1508.07864.
  18. A. Soltani, F. Kuschewski, M. Bonmann, A. Generalov, A. Vorobiev, F. Ludwig, M. M. Wiecha, D. Cibiraite, F. Walla, S. Winnerl, S. C. Kehr, L. M. Eng, J. Stake, and H. G. Roskos, Light Sci. Appl. 9, 97 (2020).
  19. P. Alonso-Gonzalez, A. Y. Nikitin, F. Golmar, A. Centeno, A. Pesquera, S. Velez, J. Chen, G. Navickaite, F. Koppens, A. Zurutuza, F. Casanova, L. E. Hueso, and R. Hillenbrand, Science 344, 1369 (2014).
  20. G. X. Ni, A. S. McLeod, Z. Sun, L. Wang, L. Xiong, K. W. Post, S. S. Sunku, B.-Y. Jiang, J. Hone, C. R. Dean, M. M. Fogler, and D. N. Basov, Nature 557, 530 (2018).
  21. M. I. Petrov, S. V. Sukhov, A. A. Bogdanov, A. S. Shalin, and A. Dogariu, Laser Photonics Rev. 10, 116 (2016).
  22. A. S. Shalin, S. V. Sukhov, A. A. Bogdanov, P. A. Belov, and P. Ginzburg, Phys. Rev. A 91, 063830 (2015).
  23. K. J. Tielrooij, M. Massicotte, L. Piatkowski, A. Woessner, Q. Ma, P. Jarillo-Herrero, N. F. van Hulst, and F. H. L. Koppens, J. Phys. Condens. Matter 27, 164207 (2015).
  24. K. J. Tielrooij, L. Piatkowski, M. Massicotte, A. Woessner, Q. Ma, Y. Lee, K. S. Myhro, C. N. Lau, P. Jarillo-Herrero, N. F. van Hulst, and F. H. L. Koppens, Nat. Nanotechnol. 10, 437 (2015); 1504.06487.
  25. S. Candussio, M. V. Durnev, S. A. Tarasenko, J. Yin, J. Keil, Y. Yang, S.-K. Son, A. Mishchenko, H. Plank, V. V. Bel’kov, S. Slizovskiy, V. Fal’ko, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 102, 045406 (2020).
  26. A. Sommerfeld, Mathematische Annalen 47, 317 (1896).
  27. M. Dyakonov and M. Shur, IEEE Trans. Electron Devices 43, 380 (1996).
  28. M. Sakowicz, M. B. Lifshits, O. A. Klimenko, F. Schuster, D. Coquillat, F. Teppe, and W. Knap, J. Appl. Phys. 110, 054512 (2011).
  29. A. Lisauskas, U. Pfeiffer, E. Ojefors, P. H. Bolivar,D. Glaab, and H. G. Roskos, J. Appl. Phys. 105, 114511 (2009).
  30. 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); 2007.01035.
  31. A. Tomadin and M. Polini, Phys. Rev. B 88, 205426 (2013).
  32. D. V. Fateev, K. V. Mashinsky, and V. V. Popov, Appl. Phys. Lett. 110, 061106 (2017).
  33. F. Ludwig, H. G. Roskos, and R. Borsche, arXiv preprint arXiv:2405.18764 (2024).
  34. V. Semkin, D. Mylnikov, E. Titova, S. Zhukov, and D. Svintsov, Appl. Phys. Lett. 120, 191107 (2022).
  35. F. Xia, T. Mueller, R. Golizadeh-Mojarad, M. Freitage, Y. M. Lin, J. Tsang, V. Perebeinos, and P. Avouris, Nano Lett. 9, 1039 (2009).
  36. N. M. Gabor, J. C. W. Song, Q. Ma, N. L. Nair, T. Taychatanapat, K. Watanabe, T. Taniguchi, L. S. Levitov, and P. Jarillo-Herrero, Science 334, 648 (2011).
  37. E. Nikulin, D. Mylnikov, D. Bandurin, and D. Svintsov, Phys. Rev. B 103, 085306 (2021).
  38. D. Svintsov and A. Shabanov, JETP Lett. (2025); https: //link.springer.com/article/10.1134/S0021364024604263.
  39. E. Monch, 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).
  40. Q. Ma, N. M. Gabor, T. I. Andersen, N. L. Nair, K. Watanabe, T. Taniguchi, and P. Jarillo-Herrero, Phys. Rev. Lett. 112, 247401 (2014).
  41. E. L. Ivchenko, Phys. Solid State 56, 2514 (2014).
  42. T. B. A. Senior and D. R. Hartree, Proc. R. Soc. London A 213, 436 (1952).
  43. S. A. Mikhailov and K. Ziegler, Phys. Rev. Lett. 99, 016803 (2007).
  44. D. Svintsov, V. Vyurkov, S. Yurchenko, T. Otsuji, and V. Ryzhii, J. Appl. Phys. 111, 1 (2012).
  45. T. Low, V. Perebeinos, R. Kim, M. Freitag, and P. Avouris, Phys. Rev. B 86, 045413 (2012).
  46. D. A. Bandurin, I. Gayduchenko, Y. Cao, M. Moskotin, A. Principi, I. V. Grigorieva, G. Goltsman, G. Fedorov, and D. Svintsov, Appl. Phys. Lett. 112, 141101 (2018).
  47. X. Cai, A. B. Sushkov, R. J. Suess, M. M. Jadidi, G. S. Jenkins, L. O. Nyakiti, R. L. Myers-Ward, S. Li, J. Yan, D. K. Gaskill, T. E. Murphy, H. D. Drew, and M. S. Fuhrer, Nat. Nanotechnol. 9, 814 (2014).
  48. V. M. Muravev and I. V. Kukushkin, Appl. Phys. Lett. 100, 082102 (2012).
  49. J. C. W. Song, M. S. Rudner, C. M. Marcus, and L. S. Levitov, Nano Lett. 11, 4688 (2011).
  50. G. Alymov, V. Vyurkov, V. Ryzhii, A. Satou, and D. Svintsov, Phys. Rev. B 97, 205411 (2018); 1709.09015.
  51. S. V. Morozov, V. V. Rumyantsev, M. S. Zholudev, A. A. Dubinov, V. Y. Aleshkin, V. V. Utochkin, M. A. Fadeev, K. E. Kudryavtsev, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretskii, V. I. Gavrilenko, and F. Teppe, ACS Photonics 8, 3526 (2021).
  52. P. A. Gusikhin, V. M. Muravev, A. A. Zagitova, and I. V. Kukushkin, Phys. Rev. Lett. 121, 176804 (2018). Письма в ЖЭТФ, том 121, вып. 4, с. 306-315 © 2025 г. 25 февраля

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 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».