Автореферат (1104237)
Текст из файла
На правах рукописиБыков Антон ЮрьевичОптические и нелинейно-оптические эффектыв наноматериалах с линейным электроннымспектромСпециальность 01.04.21 – лазерная физикаАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2016Работа выполнена на кафедре квантовой электроники физического факультета Федерального государственного бюджетного образовательногоучреждения высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова».Научный руководитель:доктор физико-математических наук, доцентМурзина Татьяна ВладимировнаОфициальные оппоненты: Тарасенко Сергей Анатольевич,доктор физико-математических наук,Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институтим. А.Ф.
Иоффе Российской академии наук,ведущий научный сотрудник.Мелентьев Павел Николаевич,кандидат физико-математических наук,Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт спектроскопии Российской академии наук (ИСАН), ведущий научный сотрудник.Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н.Лебедева Российской академии наук.Защита состоится «13» ОКТЯБРЯ 2016 г. в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1,Москва, Ленинские горы, МГУ, дом 1, стр. 62, корпус нелинейной оптики,аудитория им. С.А.
Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имениМ.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27) на сайте Физического Факультета МГУ именМ.В.Ломоносоваhttp://phys.msu.ru/rus/research/disser/sovetD501-001-31инасайтедиссертационногосоветаhttp://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/387244/2016 г.Автореферат разослан « »Ученый секретарьдиссертационного совета501.001.31, к.ф.-м.н.Коновко Андрей АндреевичОбщая характеристика работыДиссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию особенностей линейного оптического и квадратичного нелинейнооптического отклика группы новых материалов, обладающих двумернымиэлектронными состояниями с дираковским спектром - многослойного графена, трехмерного топологического изолятора Bi2 Te3 и структуры топологический изолятор/ферромагнитный металл.
В многослойном графене методами измерения гиперрэлеевского рассеяния света и микроскопии второйгармоники (ВГ) исследована структурная неоднородность, с помощью метода спектроскопии ВГ обнаружено усиление генерации ВГ в присутствиипостоянного электрического тока.
В кристаллах Bi2 Te3 исследовалась динамика линейного оптического отклика на пикосекундных масштабах времени при азотных температурах и накачке в инфракрасной области спектра, обнаружено эффективное возбуждение четырех рамановски-активныхкогерентных фононных мод в данных условиях. В тонких пленках Bi2 Te3исследовалась динамика квадратичного нелинейно-оптического отклика впикосекундном временном диапазоне, обнаружено когерентное возбуждение ИК-активных объемных и поверхностной фононных мод и вклад различных электронных процессов.Основные результаты работы опубликованы в статьях [1-4] и доложенына конференциях [5-11].Актуальность работы Исследование графена - двумерной аллотропной модификации углерода, образованной одним или несколькими монослоями атомов углерода, соединенных посредством sp2 гибридизованныхсвязей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку[1], является одной из наиболее горячих и динамично развивающихся областей современной физики твердого тела.
Интерес к данной области объясняется,с одной стороны, уникальными даже для двумерных систем электронными, механическими и оптическими свойствами графена, с другой - достигнутым на настоящий момент высоким качеством получаемых образцов,открывающим многообещающие перспективы для практического применения.Наиболее знаменательными среди фундаментальных физическихсвойств графена являются его электронные свойства. Носители заряда вграфене характеризуются линейным законом дисперсии и, соответственно, описываются гамильтонианом для безмассовых дираковских частиц [2].Подобные уникальные свойства электронного спектра графена позволяютв лабораторных условиях осуществить экспериментальную проверку многих теоретических моделей квантовой электродинамики, физики высокихэнергий и даже некоторых моделей квантовой гравитации.
Линейная дисперсия электронов в графене приводит также и к другим интересным эф-3фектам, среди которых два новых «хиральных» квантовых эффекта Холла[3], клейновское туннелирование и т.д.В настоящее время активно ведутся исследования с целью создания набазе графена устройств микро- и наноэлектроники, спинтроники и оптоэлектроники. Необычайно высокая по сравнению с обычными полупроводниками подвижность носителей, достигающая 2, 3 × 105 см2 /В·с для образцов «подвешенного» графена и 1, 5 × 104 см2 /В·с для графена на подложкеSi/SiO2 , и баллистический электронный транспорт на субмикронных расстояниях [1] позволяют надеяться на создание высокоскоростных полевыхи одноэлектронных транзисторов. Вследствие малой атомной массы углерода, графен обладает крайне слабым спин-орбитальным взаимодействием, что обеспечивает высокий интерес к созданию устройств спинтроникина его основе, а постоянное оптическое поглощение порядка 2,3% на монослой в широком спектральном диапазоне [4] определяет перспективностьего использования например в качестве материала для детекторов излучения, внешних электродов для солнечных батарей.Несмотря на активное и комплексное изучение, оптические и, в особенности, нелинейно-оптические свойства графена остаются малоизученными.Лишь недавно появились первые работы по магнитооптике и нелинейнойоптике графена [5], и эта область все еще требует тщательного изучения.Таким образом, актуальными являются задачи комплексного исследования нелинейно-оптических свойств графена и их модификации под действием протекающих в нем процессов, таких как внешние поля, механические напряжения, электронный транспорт.
Одним из широко распространенных методов исследования свойств поверхности, границ раздела итонких пленок является метод генерации второй гармоники (ВГ) [6]. Чувствительность эффекта генерации ВГ к нелинейно-оптическим свойствамповерхности или границ раздела обусловлена наличием симметрийного запрета на генерацию ВГ в объеме центросимметричных сред в дипольномприближении. Относительно недавно было показано теоретически и экспериментально [7, 8], что центральная симметрия в полупроводнике можетбыть нарушена при протекании электрического тока, что приводит к генерации второй гармоники, индуцированной током (ТВГ).Наблюдение эффекта ТВГ в графене имеет фундаментальное значениев силу его уникальных электронных свойств, высокой проводимости и теоретически предсказанной возможности усиления на несколько порядков засчет баллистического электронного транспорта и двумерности системы [7].Кроме того, эффект ТВГ в графене имеет также и прикладное значение,поскольку позволяет безконтактно зондировать распределение плотноститока в устройствах графеновой электроники и спинтроники.Второй группой соединений, в которых была реализована линейная дисперсия электронных состояний, стали двумерные и трехмерные топологические изоляторы - материалы с сильным спин-орбитальным взаимодей4ствием, приводящим к инверсии зонной структуры в окрестности центразоны Бриллюэна [9], и с нетривиальной топологией зонной структуры, описываемой Z2 топологическим инвариантом [10].
Топологическая неэквивалентность объема топологических изоляторов и вакуума (описываемогокак топологически-тривиальный изолятор с шириной запрещенной зоны2mc2 ) приводит к появлению особого класса «спиральных» поверхностных состояний на поверхности 2D/3D топологической изолятора с линейным электронным спектром. Данные состояния уникальны тем, что ониявляются невырожденными по спину и защищены от обратного рассеяниясимметрией относительно обращения времени.
Несмотря на сильное спинорбитальное взаимодействие в объеме топологических изоляторов, приводящее к релаксации спинового порядка за доли пикосекунды [11], однозначная связь между спином электрона и его импульсом позволяет реализоватьэффективный спиновый транспорт на поверхностных состояниях, а такжеинжекцию спин-поляризованных носителей заряда.С фундаментальной точки зрения спиновая структура поверхностныхсостояний топологического изолятора приводит к возникновению множества фундаментальных эффектов, включающих в себя топологическиймагнитоэлектрический эффект и возникновение магнитного монополяизображения, аномальный эффект Холла, возможность создания и наблюдения новых элементарных возбуждения, эквивалентных фермионамМайораны в топологических сверхпроводниках и на интерфейсе топологический изолятор-сверхпроводник.Поскольку данные электронные состояния в 3D топологических изоляторах локализованы в пределах одной элементарной ячейки вблизи поверхности объемного материала, перспективным является развитие методовбесконтактного поверхностно-чувствительного зондирования их физических свойств, что обуславливает использование спектроскопии фотоэмиссии с временным разрешением (ARPES) и методов, основанных на использовании квадратичных нелинейно-оптических эффектов, таких как когерентные фотогальванические эффекты и генерация оптической ВГ [11].Помимо вышесказанного, важную информацию о физических свойствах системы можно получить, изучая динамику процессов, определяющих линейный или нелинейный оптический отклик.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
