Диссертация (1104238), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Измерения проводились путем возмущения состояния системы коротким импульсом накачки на длине волны 800 нм, попадающей в полосу наибольшего поглощения теллурида висмута, и детек-139тирования интенсивности второй оптической гармоники зондирующего излучения (λ = 1300 нм), задержанного по времени относительно импульсанакачки в геометриях на отражение и на пропускание.Было показано, что динамика отраженной/прошедшей ВГ от поверхности висмута формируется четырьмя физическими эффектами - сверхбыстрой (τ < 0, 5 пс) экранировкой приповерхностного встроенного электрического поля, рекомбинацией носителей заряда в поверхностных и объемных зонах, приводящей к восстановлению изначального значения приповерхностного изгиба зон на временах порядка 5-70 пс, диффузией носителей заряда, определяющей пикосекундную задержку экранировки в кинетиках, измеренных в геометрии на пропускание, и когерентное возбуждениеИК-активных фононных мод.
Недостаточное проявление диффузии носителей заряда в кинетиках, измеренных в геометрии на отражение, является косвенным свидетельством вклада поверхностных состояний топологического изолятора в динамику нелинейного оптического отклика. Фурьеанализ периодической части сигнала позволил выделить две когерентновозбуждаемые E1u и E2u /A12u фононные моды, и моду на частоте порядка 2ТГц, интерпретируемую как поверхностная A1 фононная мода, связаннаяс приповерхностным нарушением симметрии за счет обрыва связей и/илиприповерхностного электрического поля.При изучении динамики квадратичного нелинейно-оптического отклика ферромагнитных структур Bi2 Te3 /Al2 Ox /Co/Au было показано,что помимо перечисленных выше физических процессов в динамикунелинейно-оптического отклика также дает вклад динамика магнитного состояния системы, включающая в себя сверхбыстрое (τ < 1 пс) размагничивание, частичное восстановление спинового порядка при достижении термодинамического равновесия между электронной, спиновой и решеточнойподсистемами (на временах порядка нескольких пикосекунд) и дальнейшееохлаждение за счет отдачи энергии в подложку.
Сравнение временных характеристик сверхбыстрого нелинейного магнито-оптического отклика исследуемой структуры и образца сравнения Si(001)/SiO2 /Al2 Ox /Co/Au позволило выделить различие только на последней стадии эволюции, связанной, предположительно с различием теплопроводностей Bi2 Te3 и оксидакремния.140ЗаключениеВ работе было исследовано два класса материалов обладающих линейным дираковским электронным спектром - графен и представитель второго поколения трехмерных Z2 топологических изоляторов - теллурид висмута (Bi2 Te3 ), демонстрирующий наличие проводящих двумерных поверхностных состояний, описываемых единичным дираковским конусом в центре зоны Бриллюена. В качестве методов исследования были использованы: поверхностно чувствительный метод генерации второй оптической гармоники, использовавшийся для исследования структурной неоднородностимногослойного графена, изготовленного химическим газофазным методом(CVD) - перспективным для создания протяженных непрерывных графеновых пленок и методика накачка-зондирование в линейном и квадратичномнелинейно-оптическом отклике, использованным для исследования динамики физических процессов на поверхности и в приповерхностном слоетопологического изолятора Bi2 Тe3 .
Были получены следующие основныерезультаты:1. Методами рэлеевского и гиперрэлеевского рассеяния на частоте второй гармоники исследована структурная неоднородность пленок многослойного графена, получены оценки характерных размеров линейных и нелинейных рассеивателей, составившие порядка 1,5 мкм и200 нм, соответственно, и связываемые с характерными латеральными размерами кристаллитов и «складок» между ними. Методоммикроскопии ВГ показано, что генерация ВГ в пленке графена обусловлена преимущественно вкладом областей между кристаллитамис искаженной структурой.2.
Методом спектроскопии ВГ исследован квадратичный отклик многослойного графена на подложке SiO2 /Si в условиях протекания электрического тока. Показано, что наблюдается значительная, до 20%,модуляция интенсивности ВГ, зависящая от величины и направленияэлектрического тока. Обнаружена спектральная зависимость токового контраста интенсивности ВГ, интерпретируемая как результат141интерференции вклада в ВГ, индуцированного постоянным током,и кристаллографической гармоники от поверхности кремния (100).Продемонстрировано соответствие симметрии наблюдаемого эффекта феноменологическому описанию.3.
Методом накачка-зондирование исследована динамика дифференциального отражения кристаллов Bi2 Te3 . С помощью Фурье анализавысокочастотной компоненты зависимости выделены 4 когерентные1,2фононные моды A1,21g ,Eg . Непериодический вклад в динамику проинтерпретирован как результат действия процессов охлаждения газа свободных носителей заряда/нагрева кристаллической решетки идиффузии носителей заряда.4.
Методом накачка-зондирование исследована динамика квадратичного нелинейно-оптического отклика тонких пленок Bi2 Te3 . Фурье анализ высокочастотной компоненты зависимости позволил выделитьдве когерентно возбуждаемые ИК-активные фононные моды Eu1,2 /A12uна частотах порядка 1,5 ТГц и 2,9 ТГц, а также третью фононную моду на частоте порядка 2 ТГц, интерпретируемую как поверхностнаяA1 мода.5. Непериодический вклад в динамику квадратичного нелинейнооптического отклика интерпретируется как результат действия трехпроцессов: сверхбыстрой экранировки приповерхностного электрического поля (τ < 0,5 пс), диффузии (0,5 пс < τ < 2 пс) и рекомбинации носителей заряда (τ > 2 пс).Результаты, представленные в диссертации опубликованы в статьях [149–152] и в сборниках трудов российских и международных конференций.В заключение хочу выразить глубокую признательность моему научному руководителю, д.ф.-м.н.
Мурзиной Татьяне Владимировне за руководство и предоставление мне интересной темы диссертационной работы, атакже всему коллективу лаборатории «Нелинейной оптики наноструктури фотонных кристаллов» за создание атмосферы и помощь, без которыхработа была бы практические неосуществима.142Литература1.Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Zhang Y.,Dubonos S. V., Grigorieva I. V., Firsov A. A. Electric-field effect in atomically thin carbon films // Science. — 2004.
— Vol.306. — P. 666. http://www.sciencedirect.com/science/article/B6VMT-4P06CNY2/2/9c7061f4520990404ae53f09d29f33db.2.Neto A. H. Castro, Guinea F., Peres N. M. R., Novoselov K. S.,Geim A. K. The electronic properties of graphene // Rev. Mod. Phys. —2009. — Vol. 81. — P. 109.3.Geim A. K., Novoselov K. S.
The rise of graphene // Nature Mat. —2007. — Vol. 6. — Pp. 183–191.4.Katsnelson M. I. Zitterbewegung, chirality, and minimal conductivity ingraphene // Eur. Phys. J. — 2006. — Vol. 51. — Pp. 157–160.5.Novoselov K. S., snd S. V. Morozov A. K. Geim, Jiang D., Katsnelson M.
I., Grigorieva I. V., Dubonos S. V., Firsov A. A. Two-dimensionalgas of massless dirac fermions in graphene // Nature. — 2005. — Vol.438. — Pp. 197–200.6.Zhang Y., Tan Y., Stormer H. L., Kim Philip. Experimental observationof the quantum hall effect and berry’s phase in graphene // Nature. —2005. — Vol. 438. — Pp. 201–204.7.Novoselov K. S., McCann E., Morozov S.
V., Fal’ko V. I., Katsnelson M. I., Zeitler U., Jiang1 D., Schedin F., Geim A. K. Unconventionalquantum hall effect and berry’s phase of 2pi in bilayer graphene // NaturePhys. — 2006. — Vol. 2. — Pp. 177–180.8.Katsnelson M. I., Novoselov K. S., Geim A. K. Chiral tunneling and kleinparadox in graphene // Nature Phys.
— 2006. — Vol. 2. — Pp. 620–625.1439.Bolotin K. I., Sikes K. J., Jiang Z., Klima M., Fudenberg G.,Hone J., Kim P., Stormer H.L. Ultrahigh electron mobility in suspendedgraphene // Solid State Comm. — 2008. — Vol. 146. — Pp. 141–145.10. Nair R. R., Blake P., Grigorenko A.N., Novoselov K. S., J.T.Booth,Stauber T., R.Peres N. M., Geim A. K. Fine structure constant defines visual transparency of graphene // Science. — 2008. — Vol.
320, no. 5881. —P. 1308.11. Experimental review of graphene / D. R. Cooper, B. D’Anjou, N. Ghattamaneni, B. Harack, M. Hilke, A. Horth, N. Majlis, M. Massicotte,L. Vandsburger et al. // ISRN Condensed Matter Physics. — 2012. — Vol.2012.12. Crassee I., Levallois J., Walter A. L., Ostler M., Bostwick A., Rotenberg E., Seyller T., van der Marel1 D., Kuzmenko A. B. Giant faradayrotation in single- and multilayer graphene // Nature. — 2011. — Vol. 7. —Pp. 48–51.13.
Dean J. J., van Driel H. M. Graphene and few-layer graphite probed bysecond-harmonic generation: Theory and experiment // Phys. Rev. B. —2010. — Sep. — Vol. 82, no. 12. — P. 125411.14. Hong Sung-Young, Dadap Jerry I., Petrone Nicholas, Yeh Po-Chun,Hone James, Osgood Richard M. Optical third-harmonic generation ingraphene // Phys.
Rev. X. — 2013. — Jun. — Vol. 3. — P. 021014.http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.3.021014.15. Shen Y. R. Surface properties probed by second-harmonic and sumfrequency generation // Nature. — 1989. — Vol. 337. — Pp. 519 – 525.16. Kurhgin J. B. Current induced second harmonic generation in semiconductors // Appl. Phys. Lett. — 1995. — Vol. 67. — P. 1113.17. Акципетров О.
А., Бессонов В. О., Федянин А. А., Вальднер В. О.Генерация в кремнии отраженной второй гармоники, индуцированнойпостоянным током // Письма в ЖЭТФ. — 2009. — Vol. 89. — Pp. 64–69.18. Ruzicka Brian A., Werake Lalani K., Xu Guowei, Khurgin Jacob B., Sherman E. Ya., Wu Judy Z., Zhao Hui. Second-harmonic generation induced144by electric currents in gaas // Phys.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
