WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Махонин Максим Николаевич ПОЛЯРИТОН-ПОЛЯРИТОННОЕ РАССЕЯНИЕ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОРЕЗОНАТОРАХ Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 2006

Работа выполнена в Институте физики твердого тела РАН

Научный консультант:

доктор физико-математических наук Кулаковский Владимир Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Долганов Владимир Карлович, кандидат физико-математических наук Бурбаев Тимур Маруанович

Ведущая организация: Институт спектроскопии РАН (Троицк).

Защита состоится «_» 2006 года в _ часов на заседании диссертационного совета Д 002.100.01 в Институте физики твердого тела РАН по адресу: 142432, г. Черноголовка, Московская область, ИФТТ РАН, ул. Институтская, д. 2.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИФТТ РАН.

Автореферат разослан «»_2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук Зверев В.Н.

© Махонин М.Н., 2006.

© Институт физики твердого тела РАН, 2006.

© Институт проблем химической физики РАН, 2006.

плотность состояний вблизи k~0 в 104-105 раз меньше экситонной.

1.

Общая характеристика работы

.

Таким образом, в системе можно реализовать макрозаполнение состояний вблизи дна зоны при достаточно небольшой плотности Актуальность темы.

возбуждения. Вследствие бозонной природы поляритонов при Развитие оптической спектроскопии, равно как и технологифакторах заполнения состояний, превышающих >1, может ческие возможности, в создании низкоразмерных структур, явились наблюдаться стимулированное поляритонное рассеяние [3,4,5].

движущим фактором в изучении и производстве полупроводниковых При изучении процессов стимулированного рассеяния было структур в нанометровой шкале. Требования к миниатюризации полуобнаружено необычное поведение системы: при вариации энергии и проводниковых приборов привели к возможной реализации структур квазиимпульса возбуждения вблизи точки перегиба дисперсионной достаточно малых размеров, пригодных для изучения квантовомехакривой нижней поляритонной ветви (НПВ) стимулированное рассеянических эффектов. Одним из первых шагов на пути к квантовому ние всегда идет в состояния с k 0 и 2kp. Такое поведение противоре«конфайменту» (ограничению) носителей было создание полупроводчит предсказаниям обычной модели параметрического рассеяния [6].

никовой гетероструктуры [1] - квантовой ямы (КЯ). С дальнейшим Более детальное теоретическое рассмотрение показало, что причиной развитием технологий стало возможным изготовить структуры с кваннеобычного поведения является одновременное развитие в поляритовым ограничением по двум (квантовые провода) и трем осям (квантонной системе двух нестабильностей: нелинейного осциллятора, товые точки). Однако миниатюризация и высокое быстродействие вследствие наличия экситон-экситонного отталкивания, и поляритонприводит к увеличению уровня диссипации энергии.

поляритонного рассеяния [7,8]. Результаты расчетов хорошо описыАльтернативой электронов, как носителей информации, вают спектральное положение сигнальной и холостой мод, однако для являются фотоны. Кроме более высокой скорости передачи описания пороговой плотности для стимулированного параметричеинформации есть еще ряд преимуществ. Фотоны практически не ского рассеяния, по-видимому, требуется более детальный учет всех взаимодействуют между собой и могут перекрещиваться, проходить механизмов рассеяния поляритонов.

друг через друга. Оказывается возможной параллельная обработка Нетривиальной оказывается также спиновая динамика информации, в отличие от последовательной обработки, используемой экситонных поляритонов. В режиме сильного экситон-фотонного в компьютерах. Это дополнительно повышает быстродействие.

взаимодействия возникает ряд оригинальных явлений, среди которых Наконец, в оптических элементах возможна многозадачная логика можно выделить изменения поляризации зондирующего луча при вместо двоичной («да-нет») обычного транзистора или диода. Таким пропускании через МР с усилением по интенсивности в резонансном образом, перспективным направлением в физике твердого тела эксперименте «накачка-зондирование» [10]. Таким образом, МР может является изучение оптических свойств низкоразмерных структур.

использоваться как частотный и поляризационный преобразователь и В полупроводниковых структурах кулоновское притяжение служить основой для создания оптоэлектронных устройств для между электроном и дыркой приводит к корреляции их движения и контроля над поляризационными свойствами приборов нового образованию связанного состояния - экситона, с энергией связи в поколения, основанных на использовании спина [11]. С другой несколько мэВ. Взаимодействие света и поляризации среды можно стороны, состояние поляризации света даёт дополнительные степени усилить, поместив КЯ в активном слое между двумя брегговскими свободы, которые могут быть эффективно использованы в квантовой зеркалами, т.е. внутри полупроводникового микрорезонатора.

криптографии.

Типичная структура МР показана на рис. 1. В случае, когда Целью настоящей диссертационной работы является экситонный переход находится в резонансе с МР фотонной модой и экспериментальное изучение природы нестабильности при развитии спектральная ширина линий достаточно мала, в системе реализуется стимулированного поляритон-поляритонного рассеяния и эффектов режим сильного экситон-фотонного взаимодействия, и система спиновой релаксации поляритонов в магнитном поле в условиях хорошо описывается в терминах квазидвумерных поляритонов [2]. В резонансной импульсной накачки в полупроводниковых отличие от трехмерного случая, величины экситон-фотонного микрорезонаторах.

взаимодействия в МР могут достигать несколько десятков мэВ.

Научную новизну работы составляют следующие Благодаря малой величине эффективной массы поляритонов их результаты, выносимые на защиту:

1 1. Исследовано поведение поля на КЯ в МР при различных поляритонов. Показано, что порог можно контролировать с помощью плотностях возбуждения и рассогласованиях частоты возбуждения и дополнительной слабой нерезонансной подсветки.

энергии НПВ вблизи точки перегиба дисперсионной кривой. 3. Реализованная методика «накачка-зондирования» с Выявлена роль нестабильности экситонной поляризации в развитии временным разрешением ~ 0.5 пс МР в магнитном поле позволяет стимулированного параметрического рассеяния поляритонов. определять время жизни, время спиновой релаксации и время 2. Полученные зависимости поля на КЯ от плотности спиновой когерентности в экситон-поляритонной системе.

возбуждения находятся в согласии с предсказаниями модели, 4. Обнаружены квантовые биения в экситон-поляритонной предложенной ранее для описания стимулированного системе в магнитном поле.

параметрического рассеяния [7].

3. Найдено, что величина порога стимулированного рассеяния Личный вклад автора в экспериментальные работы, может быть понижена при включении дополнительного рассеяния на выполненные в соавторстве, состоял в постановке задач, разработке фононах и на свободных носителях, объяснение этих эффектов методик, проведении экспериментов, обработке и интерпретации требует дальнейшего теоретического рассмотрения. результатов исследований.

4. С помощью методики «накачка – зондирование» исследовано пропускание МР в различных поляризационных 2. Содержание диссертации.

геометриях в магнитном поле. Обнаружены осцилляции в интенсивностях пропускания и энергиях НП мод в магнитном поле Во введении объясняется выбор темы диссертации, при возбуждении и зондировании системы линейно поляризованным обосновывается ее актуальность, описана структура диссертации и импульсом. Показано, что осцилляции связаны с рассеянием основные результаты.

поляритонов в локализованные экситонные состояния.

В первой главе представлен обзор работ, посвященных опти5. Найдено, что фазы осцилляций в спектральном положении ческим исследованиям полупроводниковых МР. Описана структура НП мод зависят от поляризации тестирующего света, и, планарного МР с квантовыми ямами в активном слое. Рассмотрен реследовательно, не могут быть объяснены простой перенормировкой жим сильного экситон-фотонного взаимодействия (МР поляритоны).

уровней из-за межчастичного взаимодействия. Обнаружено различие Основное внимание уделяется механизмам рассеяния поляритонов и, в фаз осцилляций в интенсивности пропускания и в спектральном частности, поляритон-поляритонному рассеянию. Приведен обзор реположении НП мод. Найдено, что разность фаз осцилляций + и - зультатов экспериментальных работ по стимулированному рассеянию, НП мод зависит от величины их квазиимпульса.

потребовавших выхода за рамки простой модели четырехволнового 6. Найдено, что в рамках четырехуровневой модели, не учисмешения и дано описание новой теоретической модели рассеяния тывающей рассеяние поляритонов на фононах и электронах, удается поляритонов, основанной на уравнениях Максвелла (для электричеописать качественно основные особенности поведения дифференциского поля на КЯ, EQW) и Шредингера (для усредненной по ширине ального пропускания и энергий поляритонных переходов с ростом КЯ экситонной поляризации, P(k,t)). Эти уравнения используются в времени задержки.

нашей работе для объяснения экспериментальных результатов и имеют вид:

Научная и практическая ценность работы.

d i - EC(k) (k,t) = (k) (k,t) + (k)(k,t), QW ext dt 1. Получено экспериментальное подтверждение (1) справедливости теоретической модели стимулированного d i - EX (k)(k,t) = F (k,t) +(k,t), (q,t)(q',t)*(q + q'-k,t),t) + AQW параметрического рассеяния поляритонов в плоских МР, dt q,q' предложенной в работах [7,8], основанной на уравнениях Максвелла и Здесь (k, t) = (t) exp(-i t) (k - k ) - электрическое ext p p Шредингера.

поле падающей электромагнитной волны накачки вдали от МР, EC и 2. Обнаружен эффект сильного влияния экситон-электронного EX - энергии резонансной моды пустого МР и экситона в КЯ, соответрассеяния на порог стимулированного параметрического рассеяния 3 ственно, F - константа экситон-экситонного взаимодействия, A - экси- гласованием экситонной и фотонной мод и, соответственно, разной глубиной поляритонной ветви. Величина Раби-расщепления 6.тонная поляризуемость, (k,t) - случайная Ланжевеновская сила мэВ. В экспериментах исследовано поведение поляритонов в областях [ (k,t) = 0, (k,t) (k',t') (k - k') (t - t')]. Константы отМР с рассогласованием экситонной и фотонной моды от -5 до +5 мэВ.

Образец помещался в гелиевый криостат. Для возбуждения клика МР и рассчитываются через вычеты матрицы рассеяния фотолюминесценции (ФЛ) МР использовались перестраиваемые неверхнего и нижнего брэгговских зеркал при h = EC (k). В расчетах прерывные и импульсные титан-сапфировые лазеры (TiSp), а также фиксируется электрическое поле возбуждающей волны вместо поля на гелий-неоновый лазер (HeNe). Для измерений ФЛ при различных кваКЯ, и учитываются все парные поляритон-поляритонные столкновезиимпульсах k использовался гониометр, так как квазиимпульс поляния.

ритона в плоскости МР однозначно связан с углом возбуждения (деОсобое внимание уделено также обзору экспериментальных и тектирования) : k=q sin, где q - импульс фотона вне МР. Собранный теоретических работ по спиновой релаксации поляритонов и при помощи линз свет анализировался двойным монохроматором спиновому рассеянию поляритонов при поляритон-поляритонном Ramanor U-1000 и регистрировался CCD-камерой.

взаимодействии.

Для измерения величины поля на квантовой яме в активной Во второй главе кратко изложена технология получения МР, области МР использовалась методика четырехволнового смешения.

описаны параметры структуры МР, изучаемого в данной работе. В Методика основана на использовании двух непрерывных титанотдельных параграфах представлены также использованные методики сапфировых лазеров: перестраиваемого лазера накачки А с Ep(kp) и эксперимента и схемы экспериментальных установок с краткими тестирующего лазера В с фиксированной частотой в kt=0, немного характеристиками измерительной аппаратуры.

сдвинутой от резонанса с НПВ. Изучаемый сигнал четырехволнового смешения FWM следует ожидать, исходя из законов сохранения энер/4 Al0.13Ga0.87As гии и квазиимпульса на энергии EFWM= 2Ep-Et и kFWM=2kp-kt (см. схему /4 AlAs Верхнее рис. 2).

зеркало Исследования спиновой дефазировки и релаксации проводи(17 пар) лись с помощью методики «накачка-зондирование» в магнитном поле In0.06Ga0.94As до 5 Тл с временным разрешением 0.5 пс с использованием импульс3/(10 нм) 6 КЯ ного фемтосекундного TiSp лазера, линии задержки и магнитного GaAs криостата.

В третьей главе обсуждаются результаты исследования Нижнее зеркало поведения электромагнитного поля на КЯ в МР в условиях (20 пар) параметрического поляритонного рассеяния с целью выяснения роли нестабильности экситонной поляризации в развитии GaAs а) б) стимулированного параметрического рассеяния поляритонов, подложка предсказанной в работах [7,8].

Рис. 1. а) - снимок торцевой части МР, б) - схема МР.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»