Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych"

Katarzyna Czajka
7 lat temu
Przeglądów:

1 Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Klasyczny przykład pośredniego oddziaływania pola magnetycznego na wzbudzenia fononowe Schemat: pole magnetyczne (siła Lorentza) nośniki (oddziaływanie elektron fonon) wpływ na wzbudzenia sieci

2 Mody sprzęŝone w półprzewodnikach polarnych + E E pl η = st α = E E pl ξ = p B.B. Varga, Phys. Rev. 137, A1896 (1965) A. Mooradian and B. Wright, PRL 16, 999 (1966)

3 Mody sprzęŝone B=0T (przypomnienie) Intensity (a arb. units) SPE n-gaas T= 77K cm cm cm cm cm cm Raman shift (mev) Raman shi ift (mev) n(cm -3 ) p + p n-gaas T = 77K n 1/ 10 8 (cm -3/ ) p = + +

4 Wpływ pola magnetycznego na plazmę nowe charakterystyczne wzbudzanie Rezonans cyklotronowy h = he m c * B GaAs he = * m Warunki rezonansowego oddziaływania hc = h 34meV 1.7 mev/t B 0 T h 36.5 mev Takie pola moŝna uzyskać uŝywając magnesów Bitterowskich

5 Grenoble...

6 Grenoble High Magnetic Field Laboratory

7 Magnes od spodu...

8 Pompy wodne... GHMFL

9 Zasilanie elektryczne GHMFL

10 GHMFL Pomiary optyczne w polu magnetycznym

11 Idea eksperymentu ( k r 0, 0 ) Plazma ( 1 k r 1, ) = 1 0 θ r r r k = k 1 k 0 ( k, ) p << 0 = k 0 c k k 0 sin( θ / ) >> c rozpraszanie do tyłu (back scattering) k k 0

12 Szczegóły eksperymentalne Ti:Sap nm 1 100mW Spektrometr trójsiatkowy He LN CCD Intensity R am an sh ift Magnes Bitterowski 8-34T

13 System światłowodowy detekcja wzbudzenie B B wzbudzenia plazmy n-gaas

14 Wzbudzenia podłuŝne w polu magnetycznym Konfiguracja Faradaya k B Konfiguracja Voigta k B P Inte ensity (arb. units) k i k i k i k s k s k s n-gaas T= 77 K B = 8T B=8T B=8T P B=0T Mody mieszane! PodłuŜno poprzeczne wzbudzenia (patrz poprzedni wykład konfiguracja Voigta) k i k s Raman shift (mev)

15 Nieelastyczne rozpraszanie na plazmie Równania Maxwella Tensor przewodnictwa PrzybliŜenie quasi-lokalne Odpowiedź plazmy d σ dωd [ k /( k ˆ k )] Im r r k małe w porównaniu z k F (wektor falowy na poziomie Fermiego) k duŝe w porównaniu /c P. M. Platzman and P. A. Wolff, Waves and Interactions in Solid State Plasmas, Academic Press, New York, 1973

16 PrzybliŜenie lokalne Tensor dielektryczny [ ] ) ˆ /( Im k k k d d d r r Ω σ ˆ = 0 k k r r c p L xx = = xy xx 0 0 ˆ Funkcja dielektryczna sieci p L zz c p c xy c i = = = zz xx xy ˆ ) ( L =

17 Próbki z duŝą koncentracją elektronów

18 Konfiguracja Faradaya Intensity (arb. units) n-gaas n= cm ev SPE + + B k 8 T 6 T 4 T T 0 T 18 T 16 T 14 T 1 T 10 T 8 T Raman shift (mev) 4 T 0T B r k r (0,0,1) ~ (0, = (0,0,1) xx 0 xy 0,1 k r ) ~ (0, xy xx 0 = zz 0,1) r r k ˆ k = 0 zz 0 0 = 1 Te same częstości jak bez pola magnetycznego! p = 0 zz

19 Intensity (arb. units) n-gaas n= cm -3 T = 77K SPE <(B,k)=45 B= 8T + B = 0T Raman shift (mev)

20 B k 45 Konfiguracja 45 o ~ ~ (0,1,1) r B r ~ (0, 0,1)k ) r r k r 0 k ˆ k = (0, 1, 1) xx 0 xy xy xx zz = xx + zz xx + zz = 0

21 Konfiguracja 45 o r r < ( B, k ) = 45 k r ~ (0,1,1) B r ~ (0, 0,1) ~ (0,1,1) trzy mody własne Raman shift (mev) n-gaas n = cm -3 T = 77 K exc.@1.467 ev exc.@1.459 ev c c -1/ c 10 0 k i k s <(B,k) = Magnetic field (T) B

22 Konfiguracja Voigta r k B r ~ (0, 0,1) k r ~ (0,1, 0) r r ˆ k = 0 ( k, ) = xx Dwa mody hybrydowe Ω ± hyb c = r r k B 1 Ωc + ± = + p c 0 Inten nsity (arb. units) n-gaas n= cm -3 T = 77K SPE - hyb B k + B = 8T B = 0T Raman shift (mev) = ( Ω + ) 4 ( + c c p )

23 Pole magnetyczne kreuje nowe wzbudzenia! Mody Bernsteina, 3, 4... c c c ( k, ) = χ ( k, ) xx L + shift (mev) niezerowa wartość k 50 χ pl λ = υ 1 λ λ ( k, ) = p + c 4 c υ k c υ = 3k B T / m = 6 5m E F * * pl Plazma Maxwellowska Plazma zdegenerowana Raman n-gaas B k n= cm -3 T= 77 K + k i k s c 40 c - B exc.@1.476 ev exc.@1.459 ev Magnetic field (T) P. M. Platzman and P. A. Wolff, Waves and Interactions in Solid State Plasmas, 1973

24 Mody Bersteina niŝsza koncentracja Intensity (arb. uits) n-gaas B k T= 77 K n= cm -3 ev B = 0T - hyb B = 8T - hyb Raman shift (mev) + c Raman shift (mev) c c c n-gaas B k n= cm -3 T= 77 K exc.@1.45ev c Magnetic field (T) Silniejsze oddziaływanie dla modu plazmono-podobnego

25 Intensity (arb. units) Obszar pośrednich koncentracji nośników n-gaas B k n= cm -3 T=77K c B = 0T _ hyb B=8T + + hyb Raman shift (mev) Intensity (arb. units) T = 77K B k n= cm -3 exc.@1.44ev T= 77 K _ n-gaas _ + B=8T B=0T Raman shift (mev)

26 Niska koncentracja, niska temperatura łamanie reguł wyboru Intensity (arb b. units) GaAs k B n = cm ev - hyb r k - hyb r B + hyb 8 T 7 T 5 T 3 T 1 T 19 T 17 T 15 T 10 T 5 T Intensity (arb. units) k r B r T = 4.K T = 4. K n = cm -3 B k ev + 8T + 0 T Raman shift (mev) 0T Raman shift (mev)

27 Mody poprzeczne indukowane nieporządkiem r, l ( ) = + + = l p t c + ( ± ) 4 dodatkowe mody Raman shift (mev) k B n= cm -3 T = 4. K hyb + - hyb exc.@ 1.471eV exc.@ 1.438eV M agnetic field (T)

28 Efekt dyspersji 3D D Plazma zdegenerowana υ p ( k) p (0) k F Plazma niezdegenerowana p ( k ) p (0) + 3 k Vth υ υf hk hk F = F m m k kbt BT = m V th = m Plazma zdegenerowana w studni kwantowej prędkość na poziomie Fermiego średnia prędkość termiczna gazu elektronowego Ga 1-x Al x As GaAs QW Ga 1-x Al x As q II propagacja w płaszczyźnie studni n e p ( k) = k m DEG * 0

29 Plazmony w studniach kwantowych Pobudzanie rezonansowe V. E. Kirpichev et al. Phys. Rev. B 59,, R 1751 (1999) CDE charge density excitations SDE spin density excitations

30 Rozszczepienie proporcjonalne do wektora falowego q V. E. Kirpichev et al. Phys. Rev. B 59,, R 1751 (1999)

31 Oddziaływanie rezonasu cyklotronowego z fononem Temat kontrowersji

Podobne dokumenty

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Mody sprzęŝone w półprzewodnikach polarnych + E E pl η = st α = E E pl ξ = p B.B. Varga, Phys. Rev. 137,, A1896 (1965) A. Mooradian and B. Wright,