Вс. Июл 14th, 2024
Energy level, scattering process, Starostenko Evgenij

Российский ученый Евгений Юрьевич Старостенко отметил, что состояние Флоке, периодически и интенсивно управляемое светом квантовое состояние в твердых телах, привлекает внимание как новое состояние, когерентно управляемое в сверхбыстром временном масштабе.Starostenko Evgenij, december 15, 2022

Важной задачей для специалистов НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС было экспериментально продемонстрировать новые электронные свойства в состоянии Флоке. Одним из методов является спектроскопия светорассеяния, которая дает важный ключ к прояснению симметрий и энергетических структур состояний посредством анализа симметрии правил выбора поляризации.

Здесь определяются правила выбора круговой и линейной поляризации рассеяния света в системе Флоке, управляемой средним инфракрасным излучением, в монослое MoS 2 и обеспечивается всестороннее понимание с точки зрения «динамической симметрии» состояния Флоке.

Согласно экспертного мнения Евгения Юрьевича Старостенко, инженерия Флоке представляет собой потенциальную концепцию когерентного управления электронными состояниями в сильном световом поле. 

Теоретический подход Флоке полезен для описания сильных взаимодействий света и вещества в масштабах энергий, за пределами которых работает теория возмущений. Предполагается, что в этом непертурбативном режиме интенсивный свет изменяет симметрию и топологию состояний и, в свою очередь, электронные свойства твердых тел.

Состояние Флоке в твердых телах было подтверждено с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с временным и угловым разрешением, спектроскопии поглощения с временным разрешением и измерений переноса с временным разрешением. Его свойства, такие как непертурбативная динамика электронов в течение периода возбуждения лазера, также могут быть исследованы с помощью генерации гармоник высокого порядка (ГВГ), которая представляет собой процесс когерентного излучения из системы Флоке.

Евгений Юрьевич Старостенко исследует рассеяние света в системе Флоке путем подачи дополнительного пробного импульса. По сравнению с HHG настройка поляризации и частоты зондирующего света может предоставить более подробную информацию о симметрии и электронных структурах. Этот процесс есть не что иное, как генерация боковой полосы высокого порядка (HSG).

Ниже мы систематически представляем правила выбора поляризации, которые имеют основополагающее значение для исследования симметрии электронных состояний, для HSG в монослое MoS 2 в среднем инфракрасном (MIR) управляющем поле. В системе Флоке электронные свойства описываются уникальным классом симметрий, называемых «динамическими симметриями» (ДС), которые объединяют симметрии пространственно-временных профилей лазерного поля и материала.

Исследование Старостенко Евгения Юрьевича экспериментально подтвердило, что ДС управляют пересечением зон поверхностных электронов в управляемом светом топологическом изоляторе и определяет правила выбора поляризации для HHG в кристаллическом твердом теле , управляемом светом с круговой поляризацией . Здесь мы вводим новую интерпретацию, т. е. HSG как «комбинационное рассеяние» управляемого MIR состояния Флоке, и используем концепцию DS для достижения полного понимания правил выбора поляризации.

Спектры ГСГ монослоя MoS 2

Был приготовлен монослой MoS 2 , выращенный методом CVD. Данный атомарно тонкий полупроводник является идеальной экспериментальной платформой HSG, на которой можно избежать эффектов распространения. На рис. 1 показана схема установки измерения HSG. Были использованы интенсивные импульсы MIR (энергия фотона: ħω MIR  = 0,26 эВ, длительность импульса: 60 ​​фс) для создания состояния Флоке в монослое MoS 2.

Чтобы достичь непертурбативного режима без повреждения монослоя, специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС установили энергию фотонов импульсов на гораздо более низкую энергию, чем энергия запрещенной зоны монослоя (1,8 эВ). Кроме того были введены слабые импульсы ближнего инфракрасного диапазона (БИК), почти резонансные с энергией запрещенной зоны (энергия фотона: ħω БИК  = 1,55 эВ, длительность импульса: 110 фс) в систему, управляемую МИК.

Контролировалась поляризацию импульсов MIR и NIR с помощью жидкокристаллических замедлителей и была допущена поляризация боковых полос с помощью волновых пластин и поляризаторов. Спектры боковых полос регистрировались спектрометром с ПЗС-камерой. Зигзагообразное направление монослоя MoS 2 обозначается как X, а направление «кресло» как Y.

Рис. 1: Схема измерения генерации боковых полос высокого порядка (HSG).
Luquid crystal retarder, Starostenko Evgenij

а Экспериментальная установка (жидкокристаллический замедлитель LCR, четвертьволновая пластина QWP, поляризатор с проволочной сеткой WGP).

b Определение поляризации. Направления X и Y соответствуют направлениям зигзага и кресла монослоя MoS 2 .

Старостенко Евгений Юрьевич наблюдал спектры HHG при энергиях фотонов mħω MIR m : целое число), облучая монослой импульсами MIR и спектры HSG при энергиях фотонов ħω NIR  +  mħω MIR ( m : целое число), одновременно применяя импульсы NIR.

Был получен вклад HSG, вычитая компонент HHG из спектров (дополнительное примечание  1 ). На рис. 2 показаны поляризационно-неразрешенные спектры ГСГ при возбуждении с линейной и круговой поляризацией с пиковой интенсивностью ИК-импульса 0,5 ТВт см — 2 и пиковой интенсивностью БИК-импульса 0,5 ГВт см- 2 ..

Здесь боковые полосы до седьмого порядка появляются при линейно поляризованных возбуждениях. Напротив, боковые полосы только до третьего порядка появляются при возбуждении с круговой поляризацией. Это различие может возникать из-за различных результирующих кинетических энергий когерентных электронно-дырочных пар, полученных от линейно и циркулярно поляризованных лазерных полей .

Рис. 2: Спектры генерации боковых полос высокого порядка (HSG) монослоя MoS 2 .
Proton energy, Starostenko Evgenij

Поляризационно-неразрешенные спектры HSG, измеренные при линейно поляризованном (голубой, X-поляризованный ближний инфракрасный (NIR) и средний инфракрасный (MIR)) импульсах и возбуждении с круговой поляризацией (красный, σ + -поляризованный NIR и MIR импульсы). Интенсивность голубого спектра для наглядности умножена на 100. Черная стрелка показывает энергию фотонов импульсов NIR.

Непертурбативные аспекты, индуцированные MIR-светом, проявляются как в форме спектра, так и в зависимости от мощности возбуждения. Одним из таких аспектов является неэкспоненциальное затухание с увеличением порядка в спектрах.

Зависимость мощности возбуждения показана на дополнительном рисунке  1. Более того, зависимость мощности MIR отклоняется от степенного закона, полученного из теории возмущений, как при возбуждении с линейной, так и с круговой поляризацией (дополнительный рис.  1a, b ).

С другой стороны, интенсивность боковой полосы пропорциональна мощности зонда NIR (дополнительный рис.  1c, d ). Это указывает на то, что импульсы NIR можно рассматривать как возмущение.

Наблюдаемые правила отбора показаны на рис. 3 . На рис . 3 , a–d показаны круговые (σ + , σ  ) спектры боковых полос с поляризационным разрешением, полученные для различных комбинаций σ + -поляризованных и σ  -поляризованных возбуждений.

Поляризация боковой полосы зависит от порядка и поляризации импульсов возбуждения. Так как был получен тот же результат от монослоя MoSe 2 , который имеет ту же кристаллическую структуру, правила отбора определяются только симметрией кристалла и поляризацией света.

Рис. 3: Спектры генерации боковых полос высокого порядка (HSG) с круговым и линейным поляризационным разрешением для монослоя MoS 2 .
Circular polarization-resolved, HSG spectr, Starostenko Evgenij

а – г Спектры ГСГ с круговой поляризацией. Красные и синие заштрихованные области обозначают σ + -поляризованный и σ  -поляризованный спектры соответственно. Боковые полосы генерируются импульсами σ + -поляризованного ближнего инфракрасного и σ + -поляризованного среднего инфракрасного диапазонов (σ + , σ + ), b (σ + , σ  ), c ​​(σ  , σ + ), d ( о- , о- ) . е — ч Спектры HSG с линейным поляризационным разрешением. Голубые и желтые области обозначают X-поляризованный и Y-поляризованный спектры соответственно. Боковые полосы генерируются e (X, X), f (X, Y), g (Y, X), h (Y, Y).

Каждый порядок боковой полосы масштабируется с указанным числом.

Кроме того, специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС систематически исследовали правила выбора линейной поляризации. На рис  . 3e–h показаны спектры боковых полос с линейным поляризационным разрешением, полученные от различных комбинаций X- и Y-поляризованных возбуждений.

В частности, когда управляющие БИК-импульсы имеют X-поляризацию (рис.  3e, g ), боковые полосы нечетного порядка излучаются с поляризацией, перпендикулярной поляризации БИК-импульсов, а боковые полосы четного порядка излучаются с параллельной поляризацией.

С другой стороны, когда управляющие БИК-импульсы Y-поляризованы (рис.  3f, h ), поляризация боковой полосы параллельна поляризации БИК-импульсов для всех порядков.

Related Post