Отзыв оппонента Тарасенко С.А. (Оптические и нелинейно-оптические эффекты в наноматериалах с линейным электронным спектром)

Отзыв официального оппонента Тарасенко Сергея Анатольевича на диссертацию Быкова Антона Юрьевича «Оптические и нелинейно-оптические эффекты в наноматериалах с линейным электронным спектрам», представленную в диссертационный совет Д 501,001.31 прн Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.21 — лазерная физика Диссертационная работа А.Ю.

Быкова посвящена исследованию линейных и нелинейных оптических свойств структур на основе графена и теллурида висмута. Особое внимание уделено изучению эффектов генерации второй гармоники, механизмов оптического возбуждения фононной и электронной подсистем и их последующей релаксации, применению нелинейной оптической спектроскопии и микроскопии для характеризации наноструктур и исследования динамики носителей заряда и кристаллической решетки. Актуальность темы исследований не вызывает сомнений, поскольку физика графена и топологических изоляторов, к которым относится теллурид ртути, переживает в настоящее время период бурного развития. Носители заряда в графене и на поверхности кристаллов с нетривиальной топологией зонной структуры характеризуются линейным энергетическим спектром, что делает эти материалы чрезвычайно привлекательными как для фундаментальных физических исследований„так для и возможных приборных применений в электронике и оптоэлектронике.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и списка литературы, Во Введении сформулированы цели и задачи исследования, положения, выносимые на защиту, обоснованы актуальность и новизна исследований, описаны личный вклад автора, научная и практическая значимость работы.

Первая глава представляет собой обзор литературы по теме диссертации. Приведено краткое описание нелинейных оптических явлений в твердых телах, в том числе эффекта генерации второй гармоники, обусловленного протеканием электрического тока в образце или связанного с нарушением инверсионной симметрии на поверхности, и эффекта просветления. Описаны современные экспериментальные методы линейной и нелинейной оптической спектроскопии. Проанализированы электронная структура и оптические свойства графена и топологических изоляторов.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальному изучению эффекта генерации второй гармоники в многослойном графене. Автором выполнены измерения квадратичного нелинейно-оптического отклика графеновых структур на подложках кремний/оксид кремния и стекле„которые свидетельствуют о поликристалличности исследованных образцов и отсутствии выделенных направлений в плоскости. Интересными и очень плодотворными представляются проведенные исследования гиперрэлеевского рассеяния света и работы по микроскопии второй оптической гармоники. Полученные результаты показали, что структуры обладают сильной пространственной неоднородностью, позволили оценить характерные длины корреляции квадратичной восприимчивости и связать эффект некогерентной генерации второй гармоники с границами между кристаллитами графена. Ярким результатом главы является первое в мире обнаружение и подробное исследование эффекта генерации второй гармоники в графеновых структурах, индуцированного протеканием электрического тока.

Измеренные поляризационные зависимости такого электрооптического эффекта согласуются с феноменологической теорией. В третьей главе диссертации описаны результаты проведенных автором исследований линейных оптических свойств монокристаллов В12Тез. Исследование спектров отражения в экспериментах «накачка-зондирование» с высоким временным разрешением позволило разделить и проанализировать вклады электронной и фононной подсистем в оптический отклик. Анализ результатов показывает, что быстрые осцилляции коэффициента отражения 2 после импульса накачки определяются когерентным возбуждением фононных мод, активных при комбинационном рассеянии, а плавная огибающая коэффициента отражения — процессами возбуждения, энергетической релаксации и диффузии носителей заряда, а также нагревом и остыванием кристаллической решетки. Важным результатом главы, имеющим практическое значение, является наблюдение и определение параметров всех 4 фононных мод, активных при комбинационном рассеянии, в том числе зависимости констант затухания мод от температуры.

Четвертая глава диссертации посвящена изучению динамики нелинейного оптического отклика тонких пленок В~2Тез после импульса накачки и является естественным продолжением предыдущей главы. Наиболее интересным результатом главы представляется регистрация в отклике на удвоенной частоте как двух ИК-активных фоно нных мод объемного кристалла, так и дополнительной фононной моды. Появление этой моды в оптическом отклике обосновано связывается с поверхностью кристалла и понижением симметрии на поверхности.

Продемонстрированы также возможности нелинейной оптической спектроскопии для изучения динамики размагничивания и восстановления спинового порядка в гибридных структурах топологический изолятор!ферромагнетик. Результаты, полученные в диссертации, надежно обоснованы. Их достоверность обусловлена применением высокочувствительных методов измерений и современного экспериментального оборудования, воспроизводимостью экспериментальных данных и хорошим согласием с результатами симметрийного анализа и модельных расчетов. Полученные результаты являются новыми, научно значимыми и вносят важный вклад в развитие оптики графена и структур на основе топологических изоляторов.

По диссертации имеются следующие замечания: 1. При анализе эффекта генерации второй гармоники, индуцированного током в графеновых структурах, было бы полезно обсудить возможные микроскопические механизмы данного эффекта в условиях эксперимента, когда энергия фотонов значительно превышает энергию Ферми носителей заряда. Играют ли роль фотовозбужденные носители заряда в формировании нелинейного отклика? 2. При описании временной зависимости нелинейного оптического отклика пленок В1~Тез было бы полезно обсудить возможную роль процессов фононного теплопереноса. 3. Диссертационная работа содержит ряд опечаток и неточностей. В формулах для диэлектрической проницаемости на стр. 25 и 103, повидимому, перепутан знак у мнимой части диэлектрической проницаемости. Подпись на рнс, 2.14(б) на стр.

82 содержит опечатку в обозначении поляризации света. Знаки в формулах 11.47) и (1.48) на стр. 54 не согласованы друг с другом. На стр. 122 для обозначения зеркально-поворотных осей кристалла используется необычный термин «роторефлекторные оси». Отмеченные недостатки не являются существенными и не влияют на общую, положительную, оценку работы.

В целом, диссертационная работа А,Ю. Быкова выполнена на высоком научном уровне, отличается ясностью и логичностью изложения и вносит важный вклад в оптику твердого тела. Результаты, составившие основу диссертации, опубликованы в ведущих российских и международных научных журналах: Письма в ЖЭТФ, Рйуз1са1 Кеч~еж В, Орг1сз 1.епегз, многократно докладывались автором на конференциях. Основное содержание и выводы диссертации адекватно и достаточно полно отражены в автореферате. 27 сентября 201б Официальный оппонент Тарасенко Сергей Анатольевич доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Физико-технический институт им, А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Адрес: ул.

Политехническая, д. 26, Санкт-Петербург, 194021 е-та11: гагазеп1со®соЬегепглойе ги тел.:(812)2927155 .Ф' А.- ' .~' С.А. Тарасенко Подпись Тарасенко С.А. заверяю Ученый секретарь ФТИ им. А.Ф. оффе, д.ф.-м.н, профессор А.П. Шергин Считаю, что диссертационная работа А.Ю. Быкова «Оптические и нелинейно-оптические эффекты в наноматериалах с линейным электронным спектром» полностью соответствует критериям "Положения о присуждении ученых степеней" для ученой степени кандидата наук, утвержденного постановлением Правительства от 24.09.2013 г.

№ 842, а ее автор заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01,04.21 — лазерная физика. .