Эффект Парселла для плазмонов в двумерной системе с задним затвором Текст научной статьи по специальности «Физика»

Эффект Парселла для плазмонов в двумерной системе с задним затвором И.В.Андреев,* В.М.Муравьев, И.В.Кукушкин

ИФТТРАН, 142432, г. Черноголовка Московской обл., ул. Академика Осипьяна, д.2

*andreev@issp. ac. ru

Двумерная плазмоника имеет большую актуальность в качестве связующего звена между электроникой и фотоникой. С одной стороны, для плазмонов может быть реализован режим сильного взаимодействия с электромагнитными волнами [1], что позволяет использовать плазмонные элементы для управления световыми пучками [2]. С другой стороны, плазмонами можно электрически управлять (например, при помощи затворов), и преобразовывать переменное поле плазмонов в сигналы постоянного напряжения и тока. Это делает актуальным исследование различных методов и подходов инженерии плазмон-фотонного взаимодействия. В квантовой оптике одним из ярких примеров такой инженерии является эффект Парселла [3], при котором скорость излучательного распада возбужденного состояния квантовой системы определяется свойствами мод резонатора, в который помещена излучающая система.

В данной работе исследуется изменение излучательного распада плазменного резонанса в высокоподвижной двумерной электронной системе на базе квантовой ямы GaAs/AlGaAs, связанной с резонатором. Роль открытого резонатора играет полупроводниковая подложка, на противоположную двумерной системе сторону которой нанесён хорошо проводящий задний затвор, играющий роль металлического зеркала. Изменяя толщину подложки, можно перестраивать частотное положение собственных мод резонатора.

Установлено, что излучательная ширина линии плазменного резонанса в дисках двумерной электронной системы существенно немонотонным образом зависит от частоты, демонстрируя ряд максимумов. Максимумы излучательной ширины линии плазменного резонанса перестраиваются с изменением толщины подложки, и связаны с фотонными резонансами Фабри-Перо в подложке с задним затвором. Это свидетельствует о наблюдении для классической системы - плазмонов в диске - аналога эффекта Парселла, при котором излучательная ширина резонанса в системе модулируется плотностью собственных мод резонатора.

Литература

[1] V.M.Muravev, I.V.Andreev, I.V.Kukushkin, S.Schmult, and W.Dietsche, Phys. Rev. B 83, 075309 (2011).

[2] V.M.Muravev, A.Shuvaev, A.S.Astrakhantseva, P.A.Gusikhin, I.V.Kukushkin, A.Pimenov, Appl. Phys. Lett. 121, 051101 (2022).

[3] E.M.Purcell, Phys. Rev. 69, 681 (1946).