WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 6 Особенности магнитооптического поглощения молекулярного кристалла в экситонной области частот © А.В. Деревянчук, К.Ю. Зенкова, В.М. Крамар, Б.М. Ницович Черновицкий национальный университет, 58012 Черновцы, Украина E-mail: zenkova@itf.cv.ukrtel.net (Поступила в Редакцию в окончательном виде 27 августа 2004 г.) Рассматриваются особенности нелинейного поглощения молекулярного кристалла во внешнем магнитном поле. На примере бензола исследованы функции формы экситонного поглощения при наличии поляризации лазерного излучения и слабого магнитного поля, а также механизмы формирования гистерезисной петли на зависимости выходной интенсивности света от значения величины магнитного поля на входе. Установлено, что магнитооптический отклик рассматриваемого молекулярного кристалла порождает инверсный характер формирования бистабильных петель, что позволяет осуществлять контроль и управление поведением бистабильных элементов оптических логических систем с помощью внешнего магнитного поля при фиксированной частоте освещения.

Явление оптической бистабильности (ОБ) весьма пер- Целью данной работы является исследование влияния спективно с точки зрения его практического использо- на формирование полосы экситонного поглощения мования для создания систем записи и хранения оптиче- лекулярного кристалла двух внешних факторов: поляриской информации [1]. Суть явления состоит в том, что зации возбуждающего излучения и магнитного поля H.

при определенных условиях прохождения света через Для этого рассматривается молекулярный кристалл, элесреду фиксированному значению входного параметра ментарная ячейка которого содержит две молекулы. Од(интенсивности, магнитного поля) соответствуют два ному невырожденному внутримолекулярному возбуждестабильных состояния, отвечающие различным значени- нию в таком кристалле соответствуют две экситонные ям выходного сигнала I. Механизм возникновения ОБ зоны энергий E1(k) и E2(k). Примером такого кристалла и среда для ее реализации могут быть различными [2], является бензол, расстояние между экситонными зонами однако общей задачей при создании произвольной схемы которого определяется величиной резонансного (давыОБ является поиск возможности управления процесса- довского) расщепления = 40 cm-1 [6]. В приближении ми развития нелинейных эффектов и получения петли квадратичного закона дисперсии энергии экситонных гистерезиса на выходе системы с заданными характери- состояний каждой из зон можно представить следующим стиками. образом:

Характерной особенностью молекулярных кристаллов E1 = E0 + Ly2, E2 = E0 + + Ly2, (1) является возможность создания в них коллективных возбужденных состояний — экситонов Френкеля [3].

где E0 — дно нижней экситонной зоны, L — ее ширина, Энергия такого возбуждения, соответствующая одному L — ширина второй зоны, а 0 < y = ka/ < 1 — невырожденному состоянию изолированной молекулы, безразмерный квазиимпульс экситона (a — период рераспадается на полосы возбужденных состояний (эксишетки).

тонные зоны), количество которых совпадает с числом Коэффициент поглощения K определяется [7] веромолекул, содержащихся в элементарной ячейке криятностью перехода электронной системы кристалла в сталла. Каждая из зон характеризуется определенным экситонное состояние направлением дипольного момента экситонного перехода, реализующегося под воздействием внешней светоK(, ) =2 D2S(, ), (2) вой волны конкретной поляризации. Поэтому за фор =мирование спектра поглощения поляризованного света ответственны переходы с участием состояний только где S() — функция формы полосы поглощения, одной изолированной экситонной зоны [4,5]. Освещение связанного с переходом кристалла в -e-экситонное же кристалла естественным (неполяризованным) пучсостояние, а ком света может привести к возбуждению состояний нескольких зон, что будет сопровождаться наблюдением D = D0(e0, d) =D0 cos — (3) структурированной полосы поглощения. Изменение параметров возбуждающего излучения или других внеш- матричный элемент экситон-фотонного взаимодействия;

них воздействий должно сопровождаться трансформа- его величина зависит от угла между вектором цией формы полосы поглощения, что благоприятствует поляризации световой волны e0 и направлением соответреализации оптической мультистабильности. ствующего дипольного момента d. Рассматриваемым 1040 А.В. Деревянчук, К.Ю. Зенкова, В.М. Крамар, Б.М. Ницович экситонным зонам соответствует пара различных взаимно перпендикулярных дипольных моментов перехода, поэтому D1 = D0 cos, D2 = D0 sin, (4) где — параметр, учитывающий различие величин дипольных моментов d1 и d2.

В работе [8] показано, что функция формы полосы экситонного поглощения кристалла, находящегося в слабом внешнем магнитном поле, имеет вид (h) S(, h), (5) [h - E0 - (h)]2 + (h) где и — вещественная и мнимая части массово го оператора системы, =( w - E0)/L — безразмерРис. 1. Зависимость коэффициента поглощения от величины ная величина, характеризующая частоту w возбужденапряженности магнитного поля при незначительных плотнония экситонного состояния, h = - h, h =(H2)/L; стях экситонов для азимута поляризации = 45.

определяет величину диамагнитного сдвига экситонного уровня под влиянием магнитного поля.

Нами проведен анализ изменения полосы экситонного поглощения при различных значениях азимута поляризации падающей световой волны в изменяющемся магнитном поле. Фиксирование величины последнего позволило определить поляризационные особенности кристалла. При совпадении направлений вектора поляризации света и дипольного момента d1 ( = 0) четко проявляется экситонная полоса поглощения на частоте нижней экситонной зоны E1. При этом ее форма имеет традиционно коротковолновую асимметрию. При перпендикулярной поляризации ( = /2) в поглощении присутствует полоса на частоте верхней экситонной зоны E2, отличающаяся как интенсивностью пика поглощения, так и формой длинноволнового крыла кривой поглощения (изменяется знак асимметрии). В случае промежуточной поляризации света экситонная полоса Рис. 2. Магнитооптическая бистабильность бензола в эксистановится структурированной: в спектральной зави- тонной области частот = 0.06.

симости коэффициента поглощения присутствуют обе компоненты давыдовского дублета.

Увеличение напряженности магнитного поля привос использованием характерных значений параметров дит к параллельному сдвигу полосы поглощения в (L = 103 cm-1, 0 = 120 cm-1, = 0.7, = 0.83), приобласть больших энергий. Происходит частотная севедены на рис. 1.

лекция оптических свойств кристалла: в произвольно Интенсивная лазерная накачка способствует образополяризованной пучке падающего света (0 <

Следует отметить, что для выбранных нами параметров расчета интервал существования МОБ очень узкий, что означает повышенную чувствительность МОБ-элемента к величине внешнего магнитного поля. Кроме того, размер области существования МОБ не зависит от значения частоты входного сигнала. Увеличение ее на величину приводит к полностью идентичной петле гистерезиса МОБ, которая, однако, реализуется уже при других значениях величины магнитного поля H = H +. Кроме того, направление движения вдоль петли гистерезиса МОБ является обратным по отношению к частотной ОБ [2]. Таким образом, реализуется реверсионный механизм формирования МОБ, обеспечивающий переключение состояния кристалла („сильное– слабое поглощение“) при уменьшении величины магнитного поля, тогда как в случае классической ОБ этого можно достичь при увеличении частоты входного сигнала, что предполагает наличие лазера с перестраиваемой частотой. Схема использования МОБ лишена этого недостатка.

Список литературы [1] Х. Гиббс. Оптическая бистабильность. Мир, М. (1988).

[2] Б.С. Рывкин. ФТП 19, 1, 3 (1985).

[3] А.С. Давыдов. Теория молекулярных экситонов. Наука, М. (1968).

[4] В.Л. Броуде, В.С. Медведев, А.Ф. Прихотько. ЖЭТФ 2, 317 (1957).

[5] Н.И. Остапенко, В.И. Сугаков, М.П. Черноморец, М.Т. Шпак. Письма в ЖЭТФ 27, 8, 452 (1978).

[6] В.Л. Броуде, М.Н. Оноприенко. ЖОС 10, 634 (1961).

[7] А.С. Давыдов. Теория твердого тела. Наука, М. (1976).

[8] К.Ю. Зенкова, А.А. Зенченко, Б.М. Ницович. ФТТ 43, 1, 19 (2001).

6 Физика твердого тела, 2005, том 47, вып.




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.