Диссертация (1104238), страница 16
Текст из файла (страница 16)
поверхности кремния и графена).Линейность наблюдаемого эффекта по величине тока является подтверждением того, что этот эффект связан именно с протеканием тока (илипродольным полем между контактами), а не с нагревом или механическими напряжениями в пленке, появляющимися при пропускании тока. Темне менее, наблюдаемый эффект не демонстрирует ярко выраженной запрещенной/разрешенной геометрии при протекании тока, как того следовалоожидать, исходя из симметрийного анализа системы. Наиболее простымобъяснением данного факта является макроскопическая неоднородность(на масштабах порядка 100 мкм) имеющейся пленки графена, явственновидная на оптическом изображении образца в микроскоп. В частности,на поверхности пленки хорошо видны случайным образом расположенныемакроскопические дефекты.
Наблюдения ТВГ при фиксированном положения контактов в окрестностях подобных неоднородностей показало, чтосигнал сильно зависит от положения зондируемой области, что косвенноподтверждает предположения.Кроме того, в процессе измерений было замечено наличие незначительной нелинейности ВАХ для структур, выражавшееся в различии сопротивлений одного и того же образца с фиксированными контактами дляразных полярностей. Наблюдаемое различие несущественно менялось приизменении расстояния между контактами, что свидетельствует об омичности самой пленки графена и наличии переходов вблизи контактов.
Необходимо отметить, что, согласно литературным данным, p-n переходы в графене возникают всегда, даже при идеальном контакте графена с металлом [123]. На результаты измерений описываемое явление, тем не менее,не влияло, поскольку в каждом конкретном случае падение напряжения ивеличина тока на образце измерялись независимо.Одним из наиболее интересных результатов являются полученныеспектры поля ТВГ и разности фаз. Наличие перегиба в спектре фазы вокрестности резонанса прямых переходов в кремнии подтверждает предположение о роли интерференции в формировании спектра суммарногосигнала, в то время как отличие спектра поля ТВГ от характерного спектра ВГ в кремнии подтверждает предположение о том, что наблюдаемыеэффект имеет отношение именно к пленке графена.
Существенное возрас-90тание сигнала ТВГ на коротковолновом краю спектра дает надежды насуществования резонанса ТВГ в графене в ближнем УФ диапазоне. Согласно литературным данным, [10] оптические свойства графена не демонстрируют резонансных особенностей в широкой спектральной области, однако в ультрафиолетовой области возможны резонансы поглощения, связанные с прямыми переходами (5,1 эВ) или имеющими экситонную природу(4,5 эВ) [72]. Измерения спектра пропускания образцов графена на стекледемонстрируют уменьшение пропускания, начинающееся приблизительнона 400 нм, что соответствует приблизительно длине волны ВГ в нашихнелинейно-оптических экспериментах.
Исходя из вышесказанного можносделать предположения о возможной роли упомянутых резонансов в усилении эффекта ТВГ в многослойном графене. Необходимо отметить, чтовлияние особенностей зонной структуры графена на его спектр поглощенияпроявляется существенно слабее наблюдаемого возрастания сигнала индуцированного током вклада в области коротких длин волн. Данный факт,вероятно следует связать с эффектами с дополнительным неучтенным врамках изложенного простейшего описания вкладом многолучевой интерференции в оксидном слое.Необходимо упомянуть, что в ряде работ, проведенных в схожих экспериментальных условиях с использованием монослойного графена, полученного CVD методикой осаждения на меди, наблюдался другой индуцированный электрическим током эффект, состоявший в неоднородной зарядкеловушек в оксиде кремния и приводящий к возникновению неоднородного по координате поперечного электрического поля, модифицировавшегосигнал ВГ от кремния [124, 125].
Данный эффект в кремнии (001) по симметрии является разрешенным для p− поляризованного оклика ВГ и могдавать (наравне с неоднородным распределением тока) ненулевой индуцированный эффект в геометрии, в которой p− поляризованный отклик ВГявляется «запрещенным» для токоиндуцированной эффекта. Однако явное наблюдение индуцированного эффекта в s− поляризованном откликеВГ в наших экспериментах и результаты спектроскопии ВГ позволяют сбольшой вероятностью исключить данный механизм.Без рассмотрения пока остался один из наиболее существенных вопросов, а именно является ли наблюдаемый эффект чисто токоиндуцированной второй гармоникой, проявляющейся по механизму, описанному91в [16], или электроиндуцированной гармоникой, вызванной электрическимполем между контактами.
Несмотря на то, что полного ответа на этот вопрос нет, можно попытаться привести численные оценки, косвенно подтверждающие то или иное утверждение, и возможные методики, которыемогу позволить ответить на поставленный вопрос экспериментально придальнейшем исследовании.Исходя из оценки величины токоиндуцированной восприимчивостивторого порядка χzzz , данной в [16], с учетом достигаемых плотностей токапорядка 105 А/см2 , получаем численную оценку для токоиндуцированнойквадратичной восприимчивости χ(2) ≈ 10−12 м/В, в то время как электроиндуцированная квадратичная восприимчивости при сопутствующих полях в 102 В/см достигает значений χ(2) ≈ χ(3) Edc ≈ 5 × 10−19 м/В.
Исходяиз оценок, токоиндуцированные эффекты даже для трехмерных систем стеми же параметрами должны существенно сильнее проявляться, чем электроиндуцированные, не говоря об обсуждавшемся ранее усилении еще надва порядка за счет двумерности системы.Несмотря на существенную разницу в оценочных величинах ТВГ иЭВГ в рассматриваемой системе, проведенные оценки являются лишь косвенным свидетельством преобладания токоиндуцированных вкладов в генерацию ВГ над электроиндуцированными. Для того, чтобы решить этотвопрос окончательно, необходимо экспериментально подтвердить обсуждаемое предположение.
Ниже предлагаются различные методики, позволяющие достичь указанной цели:• Наиболее простой методикой является измерение ТВГ с последующим искусственным прерыванием электрического контакта в пленкепри фиксированных электродах. Электрическое поле при этом будетослабляться в раз. Сложность заключается в том, что величина статической проницаемости графена, вообще говоря, не равна таковойдля графита и ее значение неизвестно.• Другой метод состоит в исследовании величины ТВГ в зависимостиот степени допирования графена. Данный метод должен позволитьэффективно отделить ЭВГ от ТВГ, однако реализация его затруднена техническими сложностями в получении допированного графена.Лишь недавно начали появляться первые работы по данной тематике [126] и получение графена с достаточно высоким уровнем допиро-92вания (и химическим потенциалом в области оптических переходов)по прежнем представляет серьезную проблему.§ 2.6.Выводы по второй главеВ данной главе исследованы особенности генерации второй оптической гармоники в многослойном графене в том числе в условиях протекания тока.
Были получены следующие результаты:• Измерены спектры линейного отражения и поглощения для образцовмногослойного графена, полученного методом химического газофазного осаждения и перенесенного на подложки Si/SiO2 и стекла. Образцы на стекле демонстрируют постоянное поглощение в широкомспектральном диапазоне, что согласуется с литературными данными [10] для образцов на кремниевой подложке, в спектре отраженияобнаружен четко различимый интерференционный минимум. Из измеренного спектра отражения оценено число моноатомных слоев впленке графена, лежащее в диапазоне 4-7 слоев.• Показано, что азимутальная анизотропия интенсивности второй оптической гармоники от структуры графен/SiO2 /Si(001) демонстрирует симметрию четвертого порядка, соответствующую кристаллографической ориентации поверхности кремния.
Различия в интенсивностях ВГ от чистой поверхности кремния и поверхности, покрытойпленкой графена малы и могут быть связаны линейным поглощениемв графене.• Исследованы особенности некогерентной генерации ВГ в пленках химически осажденного графена. Показано наличие сильного нелинейного рассеяния, связанного предположительно с флуктуациями квадратичной восприимчивости в окрестности границ между кристаллитами. Данный результат подтверждается проведенными измерениямимикроскопии ВГ, продемонстрировавшей сетчатую структуру распределения нелинейной поляризации в плоскости пленки.• Исследованы токоиндуцированные эффекты при генерации второйгармоники от структуры Si/SiO2 /графен:93– Наблюдался эффект токоиндуцированной гармоники в структурах графен/SiO2 /Si(001) при пропускании постоянного токачерез пленку графена.– Экспериментально обнаружено, что интенсивность ВГ в pp комбинации поляризаций накачки и ВГ прямо пропорциональна величине тока, протекающего в слое графена, что согласуется сфеноменологическим описанием эффекта.– Экспериментально показано, что величина эффекта для «разрешенной» по симметрии геометрии ТВГ выше, чем в соответствующей «запрещенной» геометрии.
Наличие эффекта в запрещенной геометрии интерпретируется как результат частичного «растекания» тока по поверхности образца, связанного с точечнымхарактером контактов и наличием макроскопических дефектов.– Проведены измерения спектроскопии интенсивности ВГ в присутствии тока. Обнаружен спектральный сдвиг максимума спектра интенсивности ВГ, достигающий 0, 05 эВ при токе в 3 мА, чтоинтерпретируется как результат интерференции токоиндуцировованной ВГ от графена и кристаллографической ВГ от кремния, при этом возрастание величины индуцированного вкладав диапазоне коротких длин волн связано, вероятно, с неучтенными эффектами многолучевой интерференции и резонансами,связанными с особенностями зонной структуры графена.94Глава 3Изучение динамики линейного отражениятопологического изолятора Bi2Te3Данная глава посвящена экспериментальному исследованию динамики линейного коэффициента отражения монокристаллов топологическогоизолятора Bi2 Te3 в схеме накачка-зондирование с использованием в качестве накачки излучения в ближней инфракрасной области спектра.
Рассмотрены вопросы разделения вклада релаксационных электронных процессов таких, как охлаждение и диффузия носителей заряда и когерентныхфононных колебаний в сигнал дифференциального отражения поверхноститопологического изолятора, классификации фононных колебаний и ролитемпературы и длины волны возбуждения.§ 3.1.Экспериментальная установка и образцы3.1.1.Изготовление образцовИсследуемые образцы представляют собой монокристаллы топологического изолятора Bi2 Te3 с характерными размерами порядка сантиметра,выращенные методом Бриджмена из расплава висмута и теллура.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
