Магнитодисперсия плазменных колебаний в сильно экранированном двумерном электронном газе в форме прямоугольника в пределе больших магнитных полей Текст научной статьи по специальности «Физика»

Магнитодисперсия плазменных колебаний в сильно экранированном двумерном электронном газе в форме прямоугольника в пределе больших

магнитных полей

Д.А.Родионов, х'2* И.В.Загороднев 1

1ИРЭ им. В.А. Котельникова, 125009, Москва, ул. Моховая, д. 11, корп. 7

2МФТИ, 141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский переулок, д. 9

*e-mail: rodionov. da@phystech. edu

Исследование свойств плазменных колебаний (плазмонов) в двумерных электронных системах является фундаментальной задачей, находящей отклик в прикладных сферах. Так в недавней экспериментальной работе [1] изучались плазменные колебания в системе в форме квадрата, в частности, зависимость их частоты от внешнего магнитного поля (магнитодисперсия). Было обнаружено «расталкивание» магнитодисперсий плазменных мод, которое не наблюдается, к примеру, в дисках.

В нашей теоретической работе исследуются свойства собственных магнитоплазменных колебаний в прямоугольном двумерном электронном газе, расположенном вблизи идеально проводящей металлической пластины (затвора) и помещенном в постоянное однородное магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен плоскости электронного газа. Задача решалась в пределе сильной экранировки, т.е. рассматривался случай малости расстояния между электронным газом и металлом по сравнению с размерами прямоугольника и длинами волн изучаемых плазменных колебаний.

Как и в работе [1], в магнитодисперсии плазменных колебаний наблюдается «расталкивание». Кроме этого, частоты всех плазменных мод в сильных магнитных полях стремятся к нулю, включая фундаментальную. Это отличается от известного поведения магнитодисперсии фундаментальной моды, являющейся краевым магнитоплазмоном, в других геометриях таких как диск, полоса или полуплоскость [2], где частота принимает ненулевое асимптотическое значение. В частном случае квадратной геометрии, получены аналитические аппроксимации магнитодисперсий трёх нижайших по частоте плазменных мод. Установлено, что в сильных магнитных полях частоты всех мод обратно пропорциональны циклотронной частоте.

Кроме этого, показано, что динамика магнитоплазменных колебаний в латерально ограниченных двумерных электронных системах описывается схожими уравнениями для динамики волн на мелкой воде в бассейне той же геометрии, подверженной воздействию силы Кориолиса. Таким образом все свойства плазменных колебаний могут быть перенесены на гидродинамические волны, называемые в этом случае ротационно-гравитационными. Аналогом циклотронной частоты выступает частота Кориолиса.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. Родионов Д.А. благодарит Фонд развития теоретической физики и математики «БАЗИС» (грант № 21-1-5-133-1).

Литература

[1] A.M. Zarezin, D. Mylnikov, A.S. Petrov, D. Svintsov, P.A. Gusikhin, I.V. Kukushkin, V.M. Muravev, Phys. Rev. B 107, 075414 (2023).

[2] I.V. Zagorodnev, A.A. Zabolotnykh, D.A. Rodionov, V.A. Volkov, Nanomaterials 13, 975 (2023).