Интерференция плазменных волн в двумерных электронных структурах на основе GaAs/AlGaAs

• Автор: Фортунатов, Антон Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Литературный обзор
1.1 Введение
1.2 Объёмные плазмоны
1.3 Плазмоны в двумерных электронных системах
1.4 Краевые магнетоплазмоны
1.5 Одномерные плазмоны
2 Образцы и экспериментальная техника
2.1 Описание образцов и методики их изготовления
2.2 Экспериментальная методика
3 Спектроскопия терагерцового излучения с помощью высокодобротных микрорезонаторов в фотонных кристаллах
4 Двухлучевая и многолучевая интерференции плазменных волн в полосках двумерных электронов
4.1 Плазменные возбуждения в несимметричных полосках ДЭС
4.2 Подстраиваемые плазмопные кристаллы в ДЭС
5 Свойства КМП и АКМП в ДЭС в режиме КЭХ
5.1 Фундаментальная мода краевого магнетоплазмона в условиях квантового эффекта Холла
5.2 Акустические краевые магнетоплазмоны
6 Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) в двумерных электронных системах с высокой подвижностью
Заключение
Список используемой литературы

Введение
Одной из самых актуальных и бурно развивающихся областей физики твёрдого тела в последние десятилетия является исследование полупроводниковых низкоразмерных электронных систем. Одним из ярких событий физике твёрдого тела стало открытие двух фундаментальных физических явлений — целочисленного и дробного квантового эффекта Холла [20,21], которые привели к появлению нового направления в физике электронных систем пониженной размерности. Физика низкоразмерных электронных систем неразрывно связана с коллективными зарядовыми и спиновыми возбуждениями. Волны зарядовой плотности или нлазмопы в иизкоразмерпых электронных систем привлекают интерес исследователей своими уникальными свойствами. В ограниченной двумерной электронной системе (ДЭС) к объёмным магнетоплаз-мсниым модам добавляется дополнительный вид магнетоплазменных колебаний - краевые магнетоплазмоны (КМП) [22]. Краевые магнето-плазмоны распространяются вдоль границы ДЭС. В больших магнитных полях краевые магнетоплазмоны [22] сильно локализованы у края ДЭС, имеют бесщелевой спектр ш(ду) и слабо затухают даже при очень низких частотах [26,27] Поскольку свойства КМП неразрывно связаны с профилем концентрации электронов на краю системы и краевыми электронными состояниями, КМП является не только интересным объектом исследований, но и удобным инструментом изучения краевых электронных состояний. Краевые электронные состояния играют важную роль в построении теории КЭХ. Экспериментальное исследование свойств краевых магнетоплазмонов позволит существенно продвинуться в понимании явления КЭХ. Исследование плазменных возбуждений в двумерных электронных системах представляет не только фундаментальный, по и практический интерес. В последнее время наблюдается взрывной рост исследовательской активности в области терагерцового излучения (от 300 ГГц до 3 ТГц) [28]. В частности подобный интерес вызван уникальными свойствами терагерцового излучения, обещающими широкую область потенциального применения такими как использование в качестве иеионизирующей альтернативы рентгеновскому излучению в медицине, контролю качества в промышленности, систем безопасности и высокоскоростных телекоммуникационных систем. Терагерцовый диа-

пазон лежит между 300 ГГц и 3 ТГц, то есть в области частот ниже доступных оптическим систем, но выше частот развитых микроволновых технологий. В этой спектральной области существуют проблема как генерации, так и детектирования излучения. В последние годы поиск альтернативы громоздким и дорогим системам основанным на умножении частоты электронных источников микроволнового излучения и фотосмешения оптических пучков привел к появлению устройств использующих плазменные резонансы в полупроводниковых структурах. Для создания компактных источников терагерцового излучения и спектрометрических систем требуются компоненты для манипуляции тера-герцовым излучением “па чипе”. В отличие от электронов в среде, лока-лизовывать, хранить, управлять скоростью света гораздо сложнее. Эти проблемы могут быть решены с помощью фотонных кристаллов, позволяющих манипулировать светом на масштабах порядка длины волны, преодолевая традиционные ограничения. Однако, несмотря на заметный прогресс, в последнее время чисто “фотонные” технологии не позволяют создать такие компоненты как память или логические вентили. По этой причине крайне важным и перспективным направлением исследований являются гибридные системы: фотонный кристалл-электронная структура, пример которой представлен и исследован в диссертации. Свойства фотонных кристаллов задаются выбранными материалами и геометрией структуры, а значит, не могут перестраиваться и настраиваться после изготовления. Однако, поскольку возникновение зонной структуры спектра, включающей запрещённые зоны (щели), вследствие брэгговского рассеяния на периодическом возмущении — это чисто волновое явление, можно создать аналогичную структуру для плазменной волны. Для этого необходимо создать среду, в которой периодически изменяется один из параметров, входящих в закон дисперсии плазмона. В отличие от света скоростью плазменных волн в двумерных электронных системах можно управлять изменяя концентрацию электронов в системе п, или прикладывая перпендикулярное магнитное поле В. Это позволяет изменять дисперсию плазмопов в плазмонном кристалла, и следовательно, изменять положение запрещённых зон. В диссертации изучена одна из возможных реализаций такого плазмонного кристалла и продемонстрировано, что свойства плазмонного кристалла можно подстраивать после изготовления.

Рис. 2: (А): В изучаемую полоску вжигался омический контакт к ДЭС, на расстоянии 10 мкм от которого напылялся небольшой металлический затвор. Приложение к затвору высокочастотного потенциала приводило к крайне эффективному возбуждению в ДЭС возбуждений, связанных с колебаниями зарядовой плотности. Для соединения коаксиального кабеля с контактами и затворами использовался кристаллодержатель с копланарной линией. (В): Копланарный волновод и схема электрических линий, распространяющейся по нему электромагнитной волны. 1-высокочастотная керамика с большой диэлектрической проницаемостью и малым тангенсом потерь, 2-центральная жила, 3,4-земля (масса). (С) Фотография вставки с компланарной линией и образцом.
ла СР¥ присоединялась к ближайшему к омическому контакту затвору, нанесённому на образец. Копланарный волновод и схема электрических линий, распространяющейся по нему электромагнитной волны показаны на рисунке 2(В). Копланарный волновод