Gibridnoe fotovozbuzhdenie sverkhchistogo almaza femtosekundnymi lazernymi impul'sami srednego IK-diapazona

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Прямое межзонное и внутрищелевое фотовозбуждение фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона (длина волны λ = 4.0, 4.7 мкм) исследовано в сверхчистом химическиосажденном алмазе, используя характеристическую УФ фотолюминесценцию свободных экситонов и А-полосы электронов, захваченных внутри диэлектрической щели на глубоких донорно-акцепторных или дислокационных ловушках. При низких интенсивностях лазерного излучения (I < 10 ТВт/см2) экситонная фотолюминесценция демонстрирует нелинейную зависимость от Iλ2 с показателями степени N ≈ 17 (4.0 мкм) и 14 (4.7 мкм), недостаточными для прямого межзонного перехода через прямую щель (≥ 6.5 эВ) на величину ≈ 1.2 и 2.8 эВ соответственно. Аналогично, показатель степени N ≈ 9 (4.7 мкм) для внутрищелевого (≈ 3.5 эВ) фотовозбуждения люминесценции А-полосы указывает на недостаток ≈1 эВ. В данном режиме, при промежуточной величине параметра Келдыша γ ∼ 1, зависящей от величины Iλ2, такое незавершенное многофотонное возбуждение предполагает гибридный межзонный переход “многофотонное возбуждение + туннелирование”, предсказываемый теорией Келдыша, но никогда однозначно экспериментально не наблюдавшийся. При высоких интенсивностях лазерного излучения (I > 10 ТВт/см2) интенсивность фотолюминесценции экситонов и А-полосы показывает (суб)линейный характер зависимостей, по-видимому, отражающий формирование более сильно поглощающей электрон-дырочной плазмы. Наблюдаемые эффекты проливают свет на гибридный характер фотовозбуждения в сильных полях при промежуточных величинах γ и открывают возможности для управления нелинейно-оптическими свойствами полупроводников и диэлектриков с помощью внутрищелевых примесно-дефектных состояний.

About the authors

S. I Kudryashov

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Email: kudryashovsi@lebedev.ru
Москва, Россия

N. A Smirnov

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

S. G Buga

НИЦ “Курчатовский институт” – ТИСНУМ; НИУ Московский физико-технический институт

Троицк, Россия; Долгопрудный, Россия

V. D Blank

НИЦ “Курчатовский институт” – ТИСНУМ; НИУ Московский физико-технический институт

Троицк, Россия; Долгопрудный, Россия

P. P Pakhol'chuk

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

N. I Busleev

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

N. V Kornilov

НИЦ “Курчатовский институт” – ТИСНУМ

Троицк, Россия

References

  1. L. V. Keldysh, JETP 47, 1945 (1964).
  2. V. V. Temnov, K. Sokolowski-Tinten, P. Zhou, A. El-Khamhawy, and D. von Der Linde, Phys. Rev. Lett. 97(23), 237403 (2006).
  3. C. Sarpe, J. Kohler, T. Winkler, M. Wollenhaupt, and T. Baumert, New J. Phys. 14(7), 075021 (2012).
  4. S. I. Kudryashov, P. A. Danilov, N. A. Smirnov, N. G. Stsepuro, A. E. Rupasov, R. A. Khmelnitskii, E. A. Oleynichuk, A. V. Kuzmin, A. O. Levchenko, Y. S. Gulina, S. N. Shelygina, I. V. Sozaev, M. Kovalev, and O. E. Kovalchuk, Applied Surface Science 575, 151736. (2022).
  5. H. Xu, Y. Cheng, S. L. Chin, and H. B. Sun, Laser Photonics Rev. 9(3), 275 (2015).
  6. W. Cho, S. I. Hwang, C. H. Nam, M. R. Bionta, P. Lassonde, B. E. Schmidt, H. Ibrahim, F. Legare, and K. T. Kim, Sci. Rep. 9(1), 16067 (2019).
  7. A. M. Zheltikov, Molecular and Optical Physics 50(9), 092001 (2017).
  8. E. A. Migal, S. Y. Stremoukhov, and F. V. Potemkin, Phys. Rev. A 101(2), 021401 (2020).
  9. A. S. Woutersen, U. Emmerichs, and H. J. Bakker, Science 278(5338), 658 (1997).
  10. E. Mareev, A. Pushkin, E. Migal, K. Lvov, S. Stremoukhov, and F. Potemkin, Sci. Rep. 12(1), 7517 (2022).
  11. S. Maragkaki, G. D. Tsibidis, L. Haizer, Z. Papa, R. Flender, B. Kiss, Z. Marton, and E. Stratakis, Applied Surface Science 612, 155879 (2023).
  12. C. Kolano, J. Helbing, M. Kozinski, W. Sander, and P. Hamm, Nature 444(7118), 469 (2006).
  13. V. Kompanets, S. Shelygina, E. Tolordava, S. Kudryashov, I. Saraeva, A. Rupasov, O. Baitsaeva, R. Khmelnitskii, A. Ionin, Yu. Yushina, S. Chekalin, and M. Kovalev, Biomed. Opt. Express 12(10), 6317 (2021).
  14. F. Silva, D. R. Austin, A. Thai, M. Baudisch, M. Hemmer, D. Faccio, A. Couairon, and J. Biegert, Nat. Commun. 3(1), 807 (2012).
  15. R. Torres, T. Siegel, L. Brugnera, I. Procino, J. G. Underwood, C. Altucci, R. Velotta, E. Springate, C. Froud, I. C. E. Turcu, S. Patchkovskii, M. Yu. Ivanov, O. Smirnova, and J. P. Marangos, Phys. Rev. A 81(5), 051802 (2010).
  16. X. L. Zhu, S. M. Weng, M. Chen, Z. M. Sheng, and J. Zhang, Light Sci. Appl. 9(1), 46 (2020).
  17. A. M. Zaitsev, Optical properties of diamond: a data handbook, Springer Science & Business Media, Bochum (2013).
  18. S. I. Kudryashov, P. A. Danilov, V. G. Vins, D. A. Pomazkin, P. P. Pakholchuk, M. L. Skorikov, I. V. Smetanin, P. V. Duong, and P. H. Minh, JETP Lett. 119(3), 173 (2024).
  19. B. Sotillo, V. Bharadwaj, J. P. Hadden, M. Sakakura, A. Chiappini, T. T. Fernandez, S. Longhi, O. Jedrkiewicz, Y. Shimotsuma, L. Criante, R. Osellame, G. Galzerano, M. Ferrari, K. Miura, R. Ramponi, P. E. Barclay, and S. M. Eaton, Sci. Rep. 6, 35566 (2016).
  20. Handbook of optical constants of solids, ed. by E. D. Palik, Academic press, Amsterdam (1998), v. 3.
  21. M. Kozak, F. Trojanek, and P. Maly, Opt. Lett. 37(11), 2049 (2012).
  22. S. Kudryashov, P. Danilov, N. Smirnov, A. Levchenko, M. Kovalev, Y. Gulina, O. Kovalchuk, and A. Ionin, Opt. Mater. Express 11(8), 2505 (2021).
  23. T. Streibel and R. Zimmermann, Annu. Rev. Anal. Chem. 7, 361 (2014).
  24. G. D. Tsibidis and E. Stratakis, Appl. Phys. Lett. 122(4), 043501 (2023).
  25. S. S. Mao, F. Quere, S. Guizard, X. Mao, R. E. Russo, G. Petite, and P. Martin, Applied Physics A 79, 1695 (2004).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Российская академия наук