Elektromagnitnoe uvlechenie nositeley zaryada v dvumernoy sisteme s polubeskonechnym zatvorom posredstvom ekranirovannykh plazmonov

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Генерация фототока посредством эффекта фотонного увлечения обеспечивает очень быстрое детектирование излучения со временем отклика, ограниченным релаксацией импульса. В то же время, фотонное увлечение в объемных однородных образцах мало из-за малого импульса фотонов. Мы показываем, что край металлического затвора, расположенный над двумерной электронной системой, создает сильно неоднородное электромагнитное поле, которое усиливает эффект увлечения. Мы изучаем фотонапряжение, вызванное эффектом фотонного увлечения, используя точное решение задачи дифракции для двумерной системы с полубесконечным металлическим затвором. Мы показываем, что единственными нетривиальными безразмерными параметрами, определяющими эффективность фотонного увлечения, являются проводимость двумерной системы, нормированная на импеданс свободного пространства η, и расстояние между затвором и двумерной электронной системой, нормированное на длину волны падающего излучения d/λ0. Для падающей волны, поляризованной перпендикулярно краю затвора, чувствительность максимальна для индуктивной двумерной проводимости с Imη ∼ 1 и Reη ≪ 1 и становится очень малой в случае емкостной проводимости двумерной системы. Электромагнитная пондеромоторная сила толкает носители заряда под затвор при произвольной двумерной проводимости, причем направление силы противоположно направлению силы при торцевом контакте металл-двумерная система. Эти закономерности объясняются доминирующей ролью экранированных двумерных плазмонов в формировании фотонапряжения.

References

  1. Q. Ma, R. Krishna Kumar, S.Y. Xu, F.H. Koppens, and J.C. Song, Nat. Rev. Phys. 5, 170 (2023).
  2. E. M¨onch, 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).
  3. M.D. Moldavskaya, L.E. Golub, S.N. Danilov, V.V. Bel’kov, D. Weiss, and S.D. Ganichev, Phys. Rev. B 108, 235209 (2023).
  4. 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).
  5. S.V. Morozov, M. S. Joludev, A.V. Antonov, V.V. Rumyantsev, V. I. Gavrilenko, V.Y. Aleshkin, A.A. Dubinov, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretskiy, O. Drachenko, S. Winnerl, H. Schneider, and M. Helm, Semiconductors 46, 1362 (2012).
  6. R. Krishna Kumar, G. Li, R. Bertini et al. (Collaboration), Nat. Mater. 24, 1034 (2025).
  7. J.A. Delgado-Notario, S.R. Power, W. Knap, M. Pino, J. Cheng, D. Vaquero, T. Taniguchi, K. Watanabe, J. E. Vel´azquez-P´erez, Y.M. Meziani, P. Alonso-Gonz´alez, and J.M. Caridad, ACS Nano 19, 27338 (2025).
  8. 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).
  9. D.A. Bandurin, E. M¨onch, K. Kapralov, I.Y. Phinney, K. Lindner, S. Liu, J.H. Edgar, I.A. Dmitriev, P. Jarillo-Herrero, D. Svintsov, and S.D. Ganichev, Nat. Phys. 18, 462 (2022).
  10. E. I. Titova, M.A. Kashchenko, A.V. Miakonkikh, A.D. Morozov, A.V. Shabanov, I.K. Domaratskiy, S. S. Zhukov, D.A. Mylnikov, V.V. Rumyantsev, S.V. Morozov, K. S. Novoselov, D.A. Bandurin, and D.A. Svintsov, Adv. Opt. Mater. 13, 2500167 (2025).
  11. S. Castilla, B. Terr´es, M. Autore, L. Viti, J. Li, A.Y. Nikitin, I. Vangelidis, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Lidorikis, M. S. Vitiello, R. Hillenbrand, K.-J. Tielrooij, and F.H. Koppens, Nano Lett. 19, 2765 (2019).
  12. V.M. Muravev and I.V. Kukushkin, Appl. Phys. Lett. 100, 082102 (2012).
  13. 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).
  14. A.A. Gunyaga, M.V. Durnev, and S.A. Tarasenko, Phys. Rev. B 108, 115402 (2023).
  15. D. Svintsov and Z. Devizorova, JETP Lett. 121, 281 (2025).
  16. D.V. Fateev, K.V. Mashinsky, and V.V. Popov, Appl. Phys. Lett. 110, 061106 (2017).
  17. V.V. Popov, D.V. Fateev, E. L. Ivchenko, and S.D. Ganichev, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 91, 1 (2015); arXiv:1505.06847.
  18. V.V. Popov, Applied Physics Letters 102, 253504 (2013).
  19. F. Ludwig, A. Generalov, J. Holstein, A. Murros, K. Viisanen, M. Prunnila, and H.G. Roskos, ACS Applied Electronic Materials 6, 2197 (2024).
  20. M. Dyakonov and M. Shur, IEEE Trans. Electron Devices 43, 380 (1996).
  21. M. Sakowicz, M.B. Lifshits, O.A. Klimenko, F. Schuster, D. Coquillat, F. Teppe, and W. Knap, J. Appl. Phys. 110, 054512 (2011).
  22. I. Moiseenko, D. Svintsov, and E. Nikulin, Phys. Rev. Appl. 24, 014059 (2025).
  23. L.A. Falkovsky and A.A. Varlamov, Eur. Phys. J. B 56, 281 (2007).
  24. A.N. Toksumakov, G.A. Ermolaev, M.K. Tatmyshevskiy, Y.A. Klishin, A. S. Slavich, I.V. Begichev, D. Stosic, D. I. Yakubovsky, D.G. Kvashnin, A.A. Vyshnevyy, A.V. Arsenin, V. S. Volkov, and D.A. Ghazaryan, Commun. Phys. 6, 13 (2023).
  25. O.V. Kotov and Y.E. Lozovik, Phys. Rev. B 93, 235417 (2016).
  26. I. Gorbenko and V. Kachorovskii, Phys. Rev. B 110, 155406 (2024).
  27. S.A. Mikhailov and K. Ziegler, Phys. Rev. Lett. 99, 016803 (2007).
  28. A.A. Zabolotnykh and V.A. Volkov, Physical Review B 99, 165304 (2019).
  29. A.A. Zabolotnykh, V.V. Enaldiev, and V.A. Volkov, Phys. Rev. B 104, 195435 (2021).
  30. S.A. Mikhailov, Phys. Rev. B 58, 1517 (1998).
  31. A.R. Khisameeva, A. Shuvaev, A.A. Zabolotnykh, A. S. Astrakhantseva, D.A. Khudaiberdiev, A. Pimenov, I.V. Kukushkin, and V.M. Muravev, Phys. Rev. Res. 7, 033224 (2025).
  32. P. Olbrich, J. Kamann, M. K¨onig, 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).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).