Научная статья на тему 'LINEAR-CIRCULAR DICHROISM OF THE PHOTON DRAG EFFECT IN SEMICONDUCTOR SUPERSTRUCTURES'

LINEAR-CIRCULAR DICHROISM OF THE PHOTON DRAG EFFECT IN SEMICONDUCTOR SUPERSTRUCTURES Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
33
6
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
Lorentz / consider / linear-circular / photon / Лоренц / считать / линейно-круговой / фотон.

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Rasulov, R.Y., Karimova, G.A., Rahmatov, I.

This article analyzes the electric field strength resulting from the transfer of momentum from linearly and circularly polarized photons to current carriers in a semiconductor superlattice. The expressions for the electric field strength of the PhDE (photon drag effect) in the case of linear and circular polarization are obtained, revealing a nonlinear and oscillatory character. The analysis also suggests the presence of linear-circular PhDE dichroism in the energy spectrum of a semiconductor superlattice. Finally, the energy parameter of the superstructure is estimated based on the intensity magnitude.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ЛИНЕЙНО-КРУГЛЫЙ ДИХРОИЗМ ЭФФЕКТА ТОРМОЖЕНИЯ ФОТОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СВЕРХСТРУКТУРАХ

В данной статье анализируется напряженность электрического поля, возникающая в результате передачи импульса от линейно и циркулярно поляризованных фотонов носителям тока в полупроводниковой сверхрешетке. Получены выражения для напряженности электрического поля ФДЭ (эффект фотонного увлечения) в случае линейной и круговой поляризации, обнаруживающие нелинейный и колебательный характер. Анализ также свидетельствует о наличии линейно-кругового дихроизма ФДЭ в энергетическом спектре полупроводниковой сверхрешетки. Наконец, энергетический параметр надстройки оценивается на основе величины интенсивности.

Текст научной работы на тему «LINEAR-CIRCULAR DICHROISM OF THE PHOTON DRAG EFFECT IN SEMICONDUCTOR SUPERSTRUCTURES»

LINEAR-CIRCULAR DICHROISM OF THE PHOTON DRAG EFFECT IN SEMICONDUCTOR SUPERSTRUCTURES

R.Y. Rasulov, G.A. Karimova,

I. Rahmatov

ABSTRACT

This article analyzes the electric field strength resulting from the transfer of momentum from linearly and circularly polarized photons to current carriers in a semiconductor superlattice. The expressions for the electric field strength of the PhDE (photon drag effect) in the case of linear and circular polarization are obtained, revealing a nonlinear and oscillatory character. The analysis also suggests the presence of linear-circular PhDE dichroism in the energy spectrum of a semiconductor superlattice. Finally, the energy parameter of the superstructure is estimated based on the intensity magnitude.

Keywords: Lorentz, consider, linear-circular, photon

АННОТАЦИЯ

В данной статье анализируется напряженность электрического поля, возникающая в результате передачи импульса от линейно и циркулярно поляризованных фотонов носителям тока в полупроводниковой сверхрешетке. Получены выражения для напряженности электрического поля ФДЭ (эффект фотонного увлечения) в случае линейной и круговой поляризации, обнаруживающие нелинейный и колебательный характер. Анализ также свидетельствует о наличии линейно-кругового дихроизма ФДЭ в энергетическом спектре полупроводниковой сверхрешетки. Наконец, энергетический параметр надстройки оценивается на основе величины интенсивности.

Ключевые слова: Лоренц, считать, линейно-круговой, фотон.

INTRODUCTION

It is known [1,2] that an incident electromagnetic wave transmits an impulse to current carriers, as a result of which they participate in directed motion. Depending on the experimental conditions, this leads to the appearance of a direct current (in a closed sample) or a constant voltage (in an open sample). Below, the strength of a constant electric field is calculated, due to the transfer of a momentum of a linearly -and circularly polarized photon of an electromagnetic wave to current carriers.

It is explained as the result of the action of the Lorentz force arising from the movement of carriers in the electric field of the wave in the presence of the magnetic

field of this wave. Consider a circularly polarized transverse electromagnetic wave with frequency ro propagating in a semiconductor superlattice along the z axis

sx = s0 cos («■1 - q ■ z ), sy = sQ sin (a^1 - q ■ z ), (1)

Hx = H0 cos (a ■ t - q ■ z ), # = - H0 sin (a-1 - q ■ z ), where q is the wave vector of the electromagnetic wave. We assume that the x axis is directed along the superstructure axis, and we choose the energy spectrum E( p ) of electrons in the form

ApI+p2)/ _WnJaPx

E(P)=(px + Py2m.-Wcos^ap/h j (2)

Here m* is the effective mass of electrons, is the energy parameter of the superstructure (superlattice).

We write the equations of motion of current carriers neglecting diffusion and recombination in the form

dV V e 1 dVy Vy e lT/rM

^ + ^= Ar(sx -1 V2Hy), —L + T = -*(Sy + -VzHx), (3) dt t m c dt t m c

dV V e , 1

z

^ = — (Sz +-(VH -VH)

j. * V z Vxv y x^

at t m c where x is the time of impulse relaxation, V = h 1 \7itE(p) is the group velocity of

the current carriers. The electric field strength of the photon drag effect Sz is determined from the condition of the absence of an electron flow along the z axis, i.e. from the condition V = 0.

After simple transformations, it is easy to obtain useful expressions for further calculations

Vx =—. (cos 6 + car sin 6) (4a)

x 1 + co2r2X }, (4a)

Vy = , //g0 2 (-ct cos 6 + sin 6), (4b)

y 1 + cr

where 6 = at - q r . Solving the third equation (3), taking into account (4a, 4b), we have

Vy = A + V0 XX [ Am sin(«m^ + W) + Bm sm^-O - W) +

m=1 n=1

Em CO s(«m^ + W) + Fm CO s(«m-10 - W)] +

+Dmn cos^O + (-1)» + R sin^O + (- 1)v W), (5)

where

A = №z + MH ° ( cos^-^rsin^), VQ = MH ,

C(1 + Û?~T~) 2 cfi

J0( x) J2m- 1 ( X2) Am = i,222 '

1 + a„,® r

F _ x)Vi(xj + (-1)m/0(xj/2m-1(x))

^ m =--r;-^^- ' (6)

1 + a ^ r

5 = A (a ^a , ), ^ = A (a ^ ^ a ),

m m\ m m-1' m m V^~m+1 m/'

D(2) = --

(2) _ ( (-1)m a^niœTjJ2m-1 (X ) + J2n (X) - J2m-1 (X) ^n

1 + ai2jVr2

mn

( 2) 2m-1(x) + J2n (X1) - J 2m-1(X1)J2n (x))

Rmn ,~n2 „ „ ( 1) , :

1 + a(2) ®2r2

mn

D{v) = D(2) (a(2} ), RM = R(2} (a(2) ^a{v)], am = 2• m, a2 = 2• (m + n -1),

mn mn \ mn mn / ' mn mn \ mn mn / 7 m 7 mn v J

a{2 = 2 • (m + n), a^ = 2 • (m - n -1), a% = 2 • (m - n -1),

a(,nn =-2• (m-n) , x = wr x, x = ^£0am" h 1 (1 +a>2T2, Jn(x)- Bessel functions

of the first kind of integer order n. In (1.5.5) underline are those expressions m = 1 that in case m = 1 do not depend on time for and contribute to the stationary component Vz. Separating the stationary component Vz in (1.5.5) and assuming that Vz = 0 we get an expression for the electric field strength when illuminated by light of circular polarization:

i) = - fg"H 2, (cosW — cz sin w) — WaH0 [J0(x)J1 (X)siny + J0(X)J1 (x)cosy]

n{\ + COT) en

(V)

The expression for the electric field strength of the EUV in the case of linear polarization £<(l) can be obtained from (7), neglecting the first term in it, i.e.

sZc)-s{zl) =—M£(>H° (cosy — cz sin y), (8) + c z )

As can be seen from (7) and (8), the dependence of the PhDE (photon drag effect) electric field strength on the intensity of the exciting light (1) is nonlinear and

has an oscillatory character, i.e. s'f'' and £<(l) can take both positive and negative

values. It can be seen from (8) that due to the presence of narrow allowed minibands in the energy spectrum of a semiconductor superlattice, it is possible to detect linear-

circular dichroism of PhDE not only with nonlinear but also with linear absorption of light.

Finally, we note that it is possible to estimate the value of the -energy parameter of the superstructure (superlattice) knowing the magnitude of the intensity I0. In the

case s[c = 0 we have

u.= MS0(I0)n2__(cosу/ — сот sin^^_

a(l + а>2т2) J0(x0)Jl(xw)(sin^) + J0(xw)Jl(x0)(cos^) ,

где x0 = x(I = /0), xw = xi(I = /0). CONCLUSION

Calculations show that when CO2 is illuminated by a laser with an intensity of I= 0.1 MW / cm2, a wavelength of 10.6 ^m (at which ют=32) and for a semiconductor (with a mobility of |=104cm2/(Vs)) with a superlattice with a period of =10-6 cm, we get the value Sz(L) =106 V/cm, and the value Sz(L) =106 V/cm.

From the latest analysis of the electric field strength, even in the semiclassical approximation, there is a linear-circular dichroism of the current of the photon drag effect in semiconductor superstructures.

REFERENCES

1. Sheng S. Li. Optical Properties and Photoelectric Effects// New York. - 2005. -P.38.

2. Ivchenko, E.L. Superlattices and other heterostructures. Symmetry and optical phenomena / E.L. Ivchenko, G.E. Pikus.-Berlin : Springer, -1995.-370 p.

3. Rasulov, R. Y., Rasulov, V. R., Eshboltaev, I., & Sultonov, R. R. (2021). Two-and Three-Photon Linear Circular Dichroism in Semiconductors of Cubic Symmetry. Russian Physics Journal, 63, 2025-2030.

4. Rasulov, V. R., & Rasulov, R. Y. (2016). On the surface photovoltaic effect in a multivalley semiconductor in an external magnetic field. Semiconductors, 50(2), 162166.

5. Rasulov, V. R., Rasulov, R. Y., Axmedov, B. B., Muminov, I. A., & Polvonov, B. Z. (2020). Linear-circular dichroism of one-photon absorption of light in narrow-zone semiconductors. contribution of the effect of coherent saturation. European Science Review, (7-8), 49-53.

6. Rasulov, R. Y., Rasulov, V. R., Kuchkarov, M. K., & Eshboltaev, I. M. (2023). Interband Multiphoton Absorption of Polarized Radiation and Its Linear Circular Dichroism in Semiconductors in the Kane Approximation. Russian Physics Journal, 65(10), 1746-1754.

SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7

3(4), April, 2023

7. Rasulov, V. R., Rasulov, R. Y., Mamatova, M. A., & Qosimov, F. (2022, December). Semiclassical theory of electronic states in multilayer semiconductors. Part 1. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 2388, No. 1, p. 012156). IOP Publishing.

8. Rasulov, V. R., Rasulov, R. Y., Mamatova, M. A., & Qosimov, F. (2022, December). Semiclassical theory of electronic states in multilayer semiconductors. Part 2. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 2388, No. 1, p. 012158). IOP Publishing.

9. Расулов, В. Р., Расулов, Р. Я., Маматова, М. А., & Исомаддинова, У. М. (2022). К ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ В МНОГОСЛОЙНОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЕ. КВАЗИКЛАССИЧЕСКОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ. Universum: технические науки, (10-5 (103)), 24-31.

10. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Adhamovna, M. M., Qizi, K. M. N., & Dovlatboyevich, M. D. (2022). VOLT-AMPERE CHARACTERISTICS OF A THREE-LAYER SEMICONDUCTOR DIODE OF DOUBLE INJECTION. European science review, (5-6), 37-41.

11. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Arabboyevich, M. I., & Mamirzhonovich, E. I. (2021). LINEAR-CIRCULAR DICHROISM OF INTERBAND THREE-PHOTON ABSORPTION IN CRYSTALS (PART 1). European science review, (5-6), 42-46.

12. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Mamirzhonovich, E. I., & Adxamovna, M. M. (2021). MATRIX ELEMENTS OF THREE PHOTONIC OPTICAL TRANSITIONS IN CRYSTALS OF CUBIC SYMMETRY. OPTICAL TRANSITIONS FROM THE SPIN-ORBITAL SPLITTING BAND TO THE CONDUCTION BAND. European science review, (11-12), 35-39.

13. Расулов, Р. Я., Муминов, И. А., Ниёзов, Ш., & кизи Юнусова, М. Б. (2021). ВКЛАД ЭФФЕКТА КОГЕРЕНТНОГО НАСЫЩЕНИЯ В ОДНОФОТОННОЕ МЕЖЗОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ В ПРИБЛИЖЕНИИ КЕЙНА. EDITOR COORDINATOR, 916.

14. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Mamirjonovich, E. I., Rustamovich, S. R., & Zaylobidinovich, P. B. (2020). ON THE THEORY OF THREE PHOTONIC LINEAR CIRCULAR DICHROISM IN A HOLE-CONDUCTION SEMICONDUCTOR. European science review, (5-6), 73-76.

15. Расулов, В. Р., Расулов, Р. Я., Кодиров, А., & Султонов, Р. Р. (2020). К ТЕОРИИ МНОГОФОТОННОГО ЛИНЕЙНО-ЦИРКУЛЯРНОГО ДИХРОИЗМА

SJIF 2023 = 6.131 / ASI Factor = 1.7

3(4), April, 2023

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ КУБИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ. In АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕДАГОГИКИ (pp. 32-36).

16. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Bahroovich, A. B., Arabboyevich, M. I., & Zaylobidinovich, P. B. (2020). LINEAR-CIRCULAR DICHROISM OF ONE-PHOTON ABSORPTION OF LIGHT IN NARROW-ZONE SEMICONDUCTORS. CONTRIBUTION OF THE EFFECT OF COHERENT SATURATION. European science review, (7-8), 49-53.

17. РАСУЛОВ, В., РАСУЛОВ, Р., ЭШБОЛТАЕВ, И., & КУЧКАРОВ, М. (2022). ПОЛЯРИЗАЦИОННО-СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ТРЕХФОТОННОГО МЕЖЗОННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА И ЛИНЕЙНО-ЦИРКУЛЯРНОГО ДИХРОИЗМА В П

18. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Elmar-Ugli, F. I., & Holmatova, G. M. (2022). DIMENSIONALLY QUANTIZATION OF THE ENERGY SPECTRUM OF HOLES IN A P-TE QUANTUM WELL. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, (7-8), 26-30.ОЛУПРОВОДНИКАХ КУБИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ.

19. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Adkhamovna, M. M., Mamirjonovna, I. U., & Ogli, K. N. U. (2022). INTERBAND SINGLE-PHOTON ABSORPTION OF POLARIZED LIGHT IN CRYSTALS WITH ALLOWANCE FOR THE EFFECT OF COHERENT SATURATION. 2-PART. European science review, (7-8), 41-43.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

20. Расулов, В. Р., Расулов, Р. Я., Ахмедов, Б. Б., & Муминов, И. А. (2022). Межзонный двухфотонный линейно-циркулярный дихроизм в полупроводниках в приближении Кейна. Физика и техника полупроводников,

21. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Adkhamovna, M. M., Mamirjonovna, I. U., & Ogli, K. N. U. (2022). POLARIZATION DEPENDENCES OF SINGLEPHOTON INTERBAND LINEAR-CIRCULAR DICHROISMS IN TETRAHEDRAL SYMMETRY CRYSTALS. European science review, (7-8), 33-36.

22. Rustamovich, R. V., Yavkachovich, R. R., Eshboltaev, I. M., & Mamadaliyeva, N. Z. (2018). Surface photoconductivity in a multivalley semiconductor. European science review, (1-2), 263-266.

56(1).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.