Везде

RAS PhysicsПисьма в Журнал экспериментальной и теоретической физики JETP Letters (Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters)

  • ISSN (Print) 0370-274X
  • ISSN (Online) 3034-5766

Effekt fotonnogo uvlecheniya na granitse metalla i dvumernogo poluprovodnika

You can
PII
S0370274X25020213-1
DOI
10.31857/S0370274X25020213
Publication type
Article
Status
Published
Authors
D. Svintsov
  • Affiliation:
M. V. Kozlova
  • Affiliation:
Volume/ Edition
Volume 121 / Issue number 3-4
Pages
294-305
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.
Keywords
Date of publication
16.09.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
15

References

  1. 1. A. F. Gibson, M. F. Kimmitt, and A. C. Walker, Appl. Phys. Lett. 17, 75 (1970).
  2. 2. S. Ganihev, S. Emel’yanov, and I. Yaroshetskii, Semicondutors 17, 436 (1983).
  3. 3. J. Karch, P. Olbrich, M. Schmalzbauer et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 105, 227402 (2010).
  4. 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. 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. 6. M. V. Entin, L. I. Magarill, and D. L. Shepelyansky, Phys. Rev. B 81, 165441 (2010).
  7. 7. M. Entin, M. Mahmoodian, and L. Magarill, Phys. E: Low-Dimens. Syst. Nanostructures 42, 1220 (2010).
  8. 8. L.I. Magarill and M.V. Entin, LETP Lett. 78, 213 (2003).
  9. 9. N. Noginova, A. V. Yakim, J. Soimo, L. Gu, and M. A. Noginov, Phys. Rev. B 84, 1 (2011).
  10. 10. V. V. Popov, D. V. Fateev, E. L. Ivchenko, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. B 91, 235436 (2015).
  11. 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. 12. V. V. Popov, Appl. Phys. Lett. 102, 253504 (2013).
  13. 13. A. A. Gunyaga, M. V. Durnev, and S. A. Tarasenko, Phys. Rev. B 108, 115402 (2023).
  14. 14. A. Satou and S. A. Mikhailov, Phys. Rev. B 75, 1 (2007).
  15. 15. I. V. Zagorodnev, A. A. Zabolotnykh, D. A. Rodionov, and V. A. Volkov, Nanomaterials 13, 975 (2023).
  16. 16. J. Duan, F. J. Alfaro-Mozaz, J. Taboada-Gutierrez et al. (Collaboration), Adv. Mater. 34, 2104954 (2022).
  17. 17. A. Woessner, P. Alonso-Gonzalez, M. B. Lundeberg et al. (Collaboration), Nat. Commun. 7, 10783 (2016), 1508.07864.
  18. 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. 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. 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. 21. M. I. Petrov, S. V. Sukhov, A. A. Bogdanov, A. S. Shalin, and A. Dogariu, Laser Photonics Rev. 10, 116 (2016).
  22. 22. A. S. Shalin, S. V. Sukhov, A. A. Bogdanov, P. A. Belov, and P. Ginzburg, Phys. Rev. A 91, 063830 (2015).
  23. 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. 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. 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. 26. A. Sommerfeld, Mathematische Annalen 47, 317 (1896).
  27. 27. M. Dyakonov and M. Shur, IEEE Trans. Electron Devices 43, 380 (1996).
  28. 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. 29. A. Lisauskas, U. Pfeiffer, E. Ojefors, P. H. Bolivar,D. Glaab, and H. G. Roskos, J. Appl. Phys. 105, 114511 (2009).
  30. 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. 31. A. Tomadin and M. Polini, Phys. Rev. B 88, 205426 (2013).
  32. 32. D. V. Fateev, K. V. Mashinsky, and V. V. Popov, Appl. Phys. Lett. 110, 061106 (2017).
  33. 33. F. Ludwig, H. G. Roskos, and R. Borsche, arXiv preprint arXiv:2405.18764 (2024).
  34. 34. V. Semkin, D. Mylnikov, E. Titova, S. Zhukov, and D. Svintsov, Appl. Phys. Lett. 120, 191107 (2022).
  35. 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. 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. 37. E. Nikulin, D. Mylnikov, D. Bandurin, and D. Svintsov, Phys. Rev. B 103, 085306 (2021).
  38. 38. D. Svintsov and A. Shabanov, JETP Lett. (2025); https: //link.springer.com/article/10.1134/S0021364024604263.
  39. 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. 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. 41. E. L. Ivchenko, Phys. Solid State 56, 2514 (2014).
  42. 42. T. B. A. Senior and D. R. Hartree, Proc. R. Soc. London A 213, 436 (1952).
  43. 43. S. A. Mikhailov and K. Ziegler, Phys. Rev. Lett. 99, 016803 (2007).
  44. 44. D. Svintsov, V. Vyurkov, S. Yurchenko, T. Otsuji, and V. Ryzhii, J. Appl. Phys. 111, 1 (2012).
  45. 45. T. Low, V. Perebeinos, R. Kim, M. Freitag, and P. Avouris, Phys. Rev. B 86, 045413 (2012).
  46. 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. 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. 48. V. M. Muravev and I. V. Kukushkin, Appl. Phys. Lett. 100, 082102 (2012).
  49. 49. J. C. W. Song, M. S. Rudner, C. M. Marcus, and L. S. Levitov, Nano Lett. 11, 4688 (2011).
  50. 50. G. Alymov, V. Vyurkov, V. Ryzhii, A. Satou, and D. Svintsov, Phys. Rev. B 97, 205411 (2018); 1709.09015.
  51. 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. 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
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library