Автореферат (1104237), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Линейный закондисперсии приводит к резонансному характеру взаимодействия с внешнимэлектромагнитным полем, что обуславливает высокое постоянное поглощение величиной πα на моноатомный слой в широком спектральном диапазоне, а также чрезвычайно высокие значения кубичной восприимчивости.Эти свойства поддерживают высокий интерес к использованию данногоматериала в качестве нелинейного поглотителя для реализации самосинхронизации мод в лазерных резонаторах. В разделе также изложены первые результаты по наблюдению генерации оптических второй и третьейгармоник [5] в графене.Раздел §1.8 посвящен обзору теоретических и экспериментальных работпо исследованию электронных и оптических свойств трехмерных топологических изоляторов.
В данном обзоре изложены основы топологическогоподхода в физике конденсированного состояния вещества и приведены примеры двумерных и трехмерных материалов с симметричной относительнообращения времени зонной структурой, описываемых Z2 топологическиминвариантом; описаны особенности зонной структуры 3D Z2 топологических изоляторов, демонстрирующих наличие единичного невырожденногопо спину дираковского конуса в центре зоны Бриллюэна [16], характеризующего проводящие поверхностные состояния.
В разделе описаны эксперименты по наблюдению свойств поверхностных состояний с помощьюспин-разрешенной ARPES-спектроскопии [17], генерации топологическихфототоков и генерации оптической ВГ [11]. Рассмотрены результаты работпо исследованию сверхбыстрой динамики линейного оптического откликатопологического изолятора Bi2 Te3 , демонстрирующего эффективное возбуждение оптических фононных мод, представлена их классификация всоответствии с теорией представлений [18]Глава 2 «Исследование генерации второй гармоники в многослойном графене». Глава посвящена изучению квадратичного нелинейнооптического отклика пленок многослойного графена, изготовленного методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Образцы изготов10лены в лаборатории спектроскопии наноматериалов Института общей физики им.
А.М. Прохорова РАН. Исследуемые образцы представляли собойполикристаллические непрерывные пленки многослойного графена с различным количеством слоев и линейными размерами порядка несколькихмиллиметров на подложках кристаллического кремния с кристаллографической ориентацией (001) с оксидным слоем толщиной 300 нм, и стеклатолщиной 150 мкм. Толщина пленок на кремниевой подложки составлялав среднем 4-5 моноатомных слоев, толщины образцов на стеклянной подложке составляли в среднем 2, 5, 10 и 12 моноатомных слоев.
Для проведения измерений, предусматривающих пропускание постоянного тока черезграфеновые пленки, был реализован электрический контакт посредствоммеханического прижимания платиновых электродов к поверхности пленкина расстояние 1-2 мм друг от друга. Оценочные значения плотности тока составляли 104 − 105 А/см2 . Экспериментально показано, что спектрыРис. 1: (a) Спектр линейного отражения пленки графена на подложке Si/SiO2(б) Линейный спектр пропускания двух различных образцов графена на стеклянной подложкеотражения/пропускания образцов на различных подложках определяютсяпостоянным поглощением графена в видимой области спектра (рис. 1(б))и интерференцией в тонкой оксидной пленке (рис.
1(б)).При исследовании генерации ВГ были изучены зависимости интенсивности ВГ от азимутального угла поворота образца, показавшие изотропность оптических свойств в плоскости структуры. Измерение индикатрисрассеяния и поляризации излучения ВГ показало, что квадратичный отклик многослойного графена помимо зеркального когерентного вклада вотклик p - поляризованной второй гармоники демонстрирует наличие существенной диффузной неполяризованой компоненты, связанной со структурной неоднородностью графеновых пленок, навязанной методикой изготовления. Структурная неоднородность графеновых пленок, полученныхс помощью CVD методики, изучалась с помощью комбинации измерения11Рис. 2: Измерения линейного и нелинейного рассеяния в графене в геометрии напропускание.(a) Индикатриса ГРР (б) Индикатриса РРиндикатрис линейного рэлеевского рассеяния (РР) на длине волны ВГ,нелинейного гиперрэлеевского рассеяния (ГРР), и микроскопии ВГ, позволившей напрямую зондировать распределение источников нелинейногорассеяния.
Данные по измерению индикатрис рассеяния аппроксимирова2 22ω 2лись выражением I2ω (θ) ∼ e−( c ) (sin θ−sin θ0 ) Lcorr [19], где значения корреляционных длин Lcorr несут информацию о пространственных масштабах корреляторов флуктуаций линейных и нелинейных оптических параметров. На рисунке 2 представлено сравнение индикатрис нелинейного илинейного рассеяния, демонстрирующие значения корреляционных длинHRSLRScorr = 1, 53 ± 0, 05 мкм и Lcorr = 200 ± 22 нм.
Сравнение данных значений с результатами РЭМ и микроскопии ВГ, а также независимость от типаподложки, позволили связать нелинейное рассеяние в графене с наличиемскладок между кристаллитами в поликристаллической пленкеМетод спектроскопии ВГ был использован для изучения когерентногоквадратичного нелинейно-оптического отклика структуры графен/SiO2 /Siв условиях протекания постоянного электрического тока через пленку графена. При этом в соответствии с симметрийным анализом и теоретическими предсказаниями [7] ожидалось наблюдение изменения в интенсивности p-или s- поляризованной ВГ в зависимости от геометрии пропускания тока, линейное по величине тока (в случае наличие интерференции с кристаллографической дипольной или квадрупольной ВГ от поверхности кремния).
Количественной характеристикой токоиндуцированного эффекта во ВГ является токовый контраст интенсивности ВГ ρ2ω =~ − I2ω (0))/I2ω (0), где I2ω - интенсивность ВГ, J~ обозначает вектор,2(I2ω (J)задающий величину и направление электрического тока.Спектры интенсивности ВГ измерялись путем перестройки длины вол-12Рис.
3: (a) Зависимость величины токового контраста от величины токав структуре графен/SiO2 /Si. (б) Спектр интенсивности ВГ от структурыграфен/SiO2 /Siны генерации лазера. Обнаружено, что в области малости токоиндуцированного эффекта в pp комбинации поляризаций накачки и ВГ наблюдается линейная зависимость ρ2ω (J) (рис. 3(a)). При этом интерференциякристаллографической ВГ от поверхности кремния и ВГ, индуцированнойпротекающим током, приводит к существенному сдвигу спектральных кривых, связанному с наличием зависящего от длины волны сдвига фаз, определяемого набегом фаз в слое оксида кремния и изменением мнимой частинелинейной восприимчивости при перестройки длины волны ВГ через резонанс прямых переходов в кремнии (рис.
3(б)). Данное предположениеподтверждено с помощью расчетом спектра разности фаз, демонстрирующего резонансное поведение в окрестности резонанса прямых переходов вкремнии. Также измерения токоиндуцированных эффектов в различныхкомбинациях поляризаций и при различных геометриях пропускания токапоказали качественное согласие с результатами симметрийного анализа,что позволило сделать вывод о токоиндурованной природе наблюдаемогоизменения интенсивности ВГ, а не электроиндуцированной, наблюдавшейся в ряде других работ [20].Глава 3 «Изучение динамики линейного отражения топологическогоизолятора Bi2 Te3 ».
Глава посвящена экспериментальному изучению временных характеристик линейного оптического отклика кристаллов топологического изолятора Bi2 Te3 при накачке в ближней инфракрасной областиспектра.Образцы представляли собой монокристаллы топологического изолятора Bi2 Te3 , с характерными размерами порядка сантиметра, выращенныеметодом Бриджмена из расплава висмута и теллура. Наличие защищенных13Рис. 4: Спектры действительной и мнимой частей показателя преломленияBi2 Te3проводящих поверхностных состояний в кристаллах, полученных аналогичным методом, было подтверждено методами спектроскопии фотоэлектронной эмиссии с угловым разрешением [21].
Образцы были изготовленыв лаборатории химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Для характеристики образцов теллурида висмута в видимой и ближней инфракраснойобласти спектра были проведены исследования эллипсометрии, результатыкоторых представлены на рисунке 4.В дальнейшем в качестве накачки использовалось излучение на длиневолны 1300 нм, отстроенное от резонанса межзонных переходов в объемнойзонной структуре Bi2 Te3 (λ ≈ 800 нм, рис.
4), что отличает проведенныеэксперименты от предшествующих работ по изучению динамики оптического отклика в теллуриде висмута.Измерения проводились при помощи оптической методики накачказондирование, в которой мощный лазерный импульс (накачка, длина волны 800 нм, длительность импульса 70 фс) создаёт возмущение в системе,а следующий за ним с контролируемой временной задержкой более слабый – зондирующий импульс (длина волны 1300 нм, длительность 150 фс)используется для получения информации о системе. Дополнительное использование низких температур в диапазоне 90-270 К позволило увеличитьсоотношение сигнал/шум и уменьшить времена затухания для ряда физических процессов.Было обнаружено, что динамика линейного дифференциального отражения в Bi2 Te3 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
