Плазмоны в полосе с анизотропным двумерным электронным газом, сильно экранированным металлическим затвором

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В последнее время растет интерес к анизотропным двумерным электронным системам и к плазменным колебаниям в них. В работе теоретически проанализированы плазмоны в полосе с двумерным электронным газом, поверхность Ферми которого является эллипсом, и с близко расположенным металлическим затвором, который экранирует поля двумерного газа. В пределе сильной экранировки задача о собственных плазменных модах такой системы решена аналитически, и найдены частоты и затухание плазменных мод с учетом анизотропии, магнитного поля и эффектов электромагнитного запаздывания. Показано, что в таком пределе фундаментальной модой является краевой магнитоплазмон с линейным законом дисперсии, причем его частота, затухание и скорость не зависят от магнитного поля, а длина локализации вблизи края обратно пропорциональна магнитному полю. Квадрат частоты остальных мод складывается из квадрата частоты плазменных мод без магнитного поля и квадрата циклотронной частоты с коэффициентом, который не зависит от ориентации тензора проводимости по отношению к краям полосы, но при учете эффектов электромагнитного запаздывания зависит от главных компонент тензора эффективной массы.

Об авторах

Д. А. Родионов

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН;Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет

Email: rodionov.da@phystech.edu
Москва, 125009 Россия; Долгопрудный, Московская область, 141701 Россия

И. В. Загороднев

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: rodionov.da@phystech.edu
Москва, 125009 Россия

Список литературы

  1. F. Stern, Phys. Rev. Lett. 18, 546 (1967).
  2. W. Knap, Y. Deng, S.Rumyantsev, and M. S. Shur, Appl. Phys. Lett. 81, 4637 (2002).
  3. V. M. Muravev and I. V. Kukushkin, Appl. Phys. Lett. 100, 082102 (2012).
  4. D. A. Bandurin, D. Svintsov, I. Gayduchenko et al. (Collaboration), Nat.Commun. 9, 5392 (2018).
  5. I. V. Zagorodnev, A. A. Zabolotnykh, D. A. Rodionov, and V. A. Volkov, Nanomaterials 13, 975 (2023).
  6. Ch. Wang, G. Zhang, Sh. Huang, Y. Xie, and H. Yan, Adv. Opt. Mater. 8, 1900996 (2020).
  7. S. Ahn and S. Das Sarma, Phys. Rev. B 103, L041303 (2021).
  8. F. Xia, H. Wang, D. Xiao, M. Dubey, and A. Ramasubramaniam, Nature Photon. 8, 899 (2014).
  9. T. Low, A. Chaves, J. D. Caldwell, A. Kumar, N. X. Fang, P. Avouris, T. F. Heinz, F. Guinea, L. Martin-Moreno, and F. Koppens, Nature Mater. 16, 182 (2017).
  10. D. N. Basov, M. M. Fogler, and F. J. Garc'ıa de Abajo, Science 354, aag1992 (2016).
  11. A. Agarwal, M. S. Vitiello, L. Viti, A. Cupolillo, and A. Politano, Nanoscale 10, 8938 (2018).
  12. A. A. Sokolik, O. V. Kotov, and Y. E. Lozovik, Phys. Rev. B 103, 155402 (2021).
  13. T. Low, R. Rold'an, H. Wang, F. Xia, P. Avouris, L. Mart'ın Moreno, and F. Guinea, Phys. Rev. Lett. 113, 106802 (2014).
  14. A. Nemilentsau, T. Low, and G. Hanson, Phys. Rev. Lett. 116, 066804 (2016).
  15. M. Shayegan, E. P. De Poortere, O. Gunawan, Y. P. Shkolnikov, E. Tutuc, and K. Vakili, Phys. Status Solidi B 243, 3629 (2006).
  16. Md. Shafayat Hossain, M. K. Ma, Y. J. Chung, S. K. Singh, A. Gupta, K. W. West, K. W. Baldwin, L. N. Pfei er, R. Winkler, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 130, 126301 (2023).
  17. V. M. Muravev, A. R. Khisameeva, V. N. Belyanin, I. V. Kukushkin, L. Tiemann, C. Reichl, W. Dietsche, and W. Wegscheider, Phys. Rev. B 92, 041303(R) (2015).
  18. A. R. Khisameeva, A. V. Shchepetilnikov, V. M. Muravev, S. I. Gubarev, D. D. Frolov, Yu. A. Nefyodov, I. V. Kukushkin, C. Reichl, L. Tiemann, W. Dietsche, and W. Wegscheider, Phys. Rev. B 97, 115308 (2018).
  19. A. R. Khisameeva, V. M. Muravev, and I. V. Kukushkin, Appl. Phys. Lett. 117, 093102 (2020).
  20. D. B. Mast, A. J. Dahm, and A. L. Fetter, Phys. Rev. Lett. 54, 1706 (1985).
  21. В. А. Волков, С. А. Михайлов, Письма в ЖЭТФ 42, 450 (1985).
  22. А. А. Заболотных, В. А. Волков, Письма в ЖЭТФ 104, 424 (2016).
  23. E. Nikulin, D. Mylnikov, D. Bandurin, and D. Svintsov, Phys. Rev. B 103, 085306 (2021).
  24. B. Lax, H. J. Zeiger, and R. N. Dexter, Physica 20, 818 (1954).
  25. S. A. Mikhailov and N. A. Savostianova, Phys. Rev. B 71, 035320 (2005).
  26. Н. Д. Семенов, В. М. Муравьев, И. В. Андреев, И. В. Кукушкин, Письма в ЖЭТФ 114, 669 (2021).
  27. V. M. Muravev, C. Jiang, I. V. Kukushkin, J. H. Smet, V. Umansky, and K. von Klitzing, Phys. Rev. B 75, 193307 (2007).
  28. А. В. Чаплик, ЖЭТФ 62, 746 (1972).
  29. V. A. Volkov and S. A. Mikhailov, ZhETF 94, 217 (1988).
  30. А. В. Чаплик, Письма в ЖЭТФ 101, 602 (2015).
  31. D. Jin, L. Lu, Z. Wang, C. Fang, J. D. Joannopoulos, K. Soljaˇci'c, L. Fu, and N. X. Fang, Nat.Commun. 7, 13486 (2016).
  32. D. A. Rodionov and I. V. Zagorodnev, Phys. Rev. B 106, 235431 (2022).
  33. A. A. Zabolotnykh and V. A. Volkov, Phys. Rev. B 103, 125301 (2021).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023