Плазмоны в 2D электронной системе с массивом затворов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Плазмоны в 2D электронной системе с массивом затворов А.В.Никонов,1'2 А.А.Заболотных,1 В.А.Волков

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

2Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», ул.

Мясницкая, 20, Москва, 101000, Россия

*e-mail: andrey.zabolotnykh@phystech. edu

Коллективные колебания носителей заряда - плазмоны - в двумерных (2D) электронных системах (ЭС) представляют значительный практический интерес в связи с созданием на их основе приборов (генераторов и детекторов) гига- и терагерцового частотных диапазонов. Особенно перспективными являются т.н. экранированные 2 D ЭС, когда вблизи 2D слоя находятся металлические электроды (затворы) [1,2].

В работе рассматриваются плазмоны в типичной системе: 2D ЭС с массивом (решеткой) металлических затворов в форме полос. Как правило, в таких системах рассматриваются плазмоны, распространяющиеся поперек затворов. Однако, недавно было обнаружено, что в 2D ЭС с одиночным затвором в форме полосы могут существовать необычные плазмоны, распространяющиеся вдоль затвора [3,4]. Данная работа обобщает результаты статьи [4] на случай решетки затворов. При этом основное внимание, как и в [4], уделено плазмонам, распространяющимся вдоль затворов.

В работе изучены две конфигурации затворов. В первой решетка затворов является бесконечной периодической и, таким образом, для плазмонов формируется подобие «кристалла» с образованием запрещенных и разрешенных частотных зон. Также в работе исследуется полубесконечная решетка затворов, соответствующая «кристаллу с границей», причем крайний затвор может отличаться по своим параметрам от остальных затворов. В данной работе в качестве такого параметра выбрана ширина затвора. Получено, что в 2D ЭС с полубесконечной решеткой затворов, если ширина крайнего затвора отличается от ширины затворов «внутри» решетки, возможно появление локализованных около края и распространяющихся вдоль него плазменных волн, которые мы называем таммовскими по аналогии с электронными состояниями, возникающими из-за обрыва кристаллического потенциала. Проанализирована структура таммовских мод, получено, что основная (нижняя по частоте) таммовская плазменная мода всегда является щелевой. Найдена величина частотной щели в спектре основной таммовской моды, а также асимптотики этой моды. Дан краткий анализ более высоких по частоте таммовских плазмонных мод.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.

Литература

[1] W. Knap et al., J. Infrared Millim. Terahertz Waves 30, 1319 (2009).

[2] V. M. Muravev and I. V. Kukushkin, Appl. Phys. Lett. 100, 082102 (2012).

[3] V. M. Muravev, P. A. Gusikhin, A. M. Zarezin et al., Phys. Rev. B 99, 241406(R) (2019).

[4] А. A. Zabolotnykh and V. A. Volkov, Phys. Rev. B 99, 165304 (2019).