Гибридное фотовозбуждение сверхчистого алмаза фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

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.

Об авторах

С. И Кудряшов

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Email: kudryashovsi@lebedev.ru
Москва, Россия

Н. А Смирнов

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

С. Г Буга

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

Троицк, Россия; Долгопрудный, Россия

В. Д Бланк

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

Троицк, Россия; Долгопрудный, Россия

П. П Пахольчук

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

Н. И Буслеев

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

Н. В Корнилов

НИЦ “Курчатовский институт” – ТИСНУМ

Троицк, Россия

Список литературы

  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).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024