Хімія, фізика та технологія поверхні, 2021, 12 (1), 9-17.

1D та 2D поляритони в структурах макропористого кремнію з нанопокриттями



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp12.01.009

L. A. Karachevtseva, M. T. Kartel, O. O. Lytvynenko

Анотація


У даній роботі ми використали  високо-роздільне ІЧ поглинання для дослідження 1D та 2D поляритонів в періодичних структурах макропористого кремнію з нанопокриттями SiO2 та наночастинок CdS, ZnO. ІЧ поглинання з високою роздільною здатністю призводить до генерації дипольно-активних поперечних коливань, розщеплення фотонів і вимірювання гігантських двополярних осциляцій поглинання з амплітудами ±107відн.од. Це означає додатковий ступінь свободи, оскільки вертикально поляризоване світло в напрямку z і горизонтально поляризоване світло в напрямку х призводить до розщеплення променів і до двофотонної інтерференції – ефекту Хонг-Оу-Менделя. В нашому випадку 2D резонанси електро-оптичного ефекту Ваньє-Штарка у площині yz відповідають «конструктивній» інтерференції двофотонних станів (бозони, 2D поляритони), а двополярні резонанси у ±z напрямках визначаються «деструктивною» інтерференцією дво-фотонних станів (ферміони, 1D поляритони). 1D-поляритони є перспективними для високо когерентних оптичних квантових комп'ютерів на основі макропористого кремнію з нанопокриттями, для лазерів і нових метаматеріалів.


Ключові слова


макропористий кремній; нанопокриття; 1D та 2D поляритони; двофотонна інтерференція

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Karachevtseva L., Kuchmii S., Lytvynenko O., Sizov F., Stronska O., Stroyuk A. Oscillations of light absorption in 2D macroporous silicon structures with surface nanocoatings. Appl. Surf. Sci. 2011. 257(8): 3331. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.11.016

2. Karachevtseva L.A. Coherent oscillations in IR spectra of 2D macroporous silicon structures with surface nanocoatings. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2020. 11(1): 115. https://doi.org/10.15407/hftp11.01.115

3. Karachevtseva L.A., Litvinenko O.A., Stronskaya E.I. Influence of Electrochemical parameters on the etching of macropores in silicon. Theor. Exp. Chem. 2003. 39: 385. https://doi.org/10.1023/B:THEC.0000013993.88442.0e

4. Birner A., Wehrspohn R.B., Gösele U.M., Busch K. Silicon-based photonic crystals. Adv. Mater. 2001. 13(6): 377. https://doi.org/10.1002/1521-4095(200103)13:6<377::AID-ADMA377>3.0.CO;2-X

5. Karachevtseva L.A. Two-dimensional photonic crystals as perspective materials of modern nanoelectronics. Semiconductor Physics Quantum Electronics and Optoelectronics. 2004. 7(4): 430. https://doi.org/10.15407/spqeo7.04.430

6. Karachevtseva L.A., Karas' N.I., Onischenko V.F., Sizov F.F. Surface polaritons in 2D macroporous silicon structures. Int. J. Nanotechnology. 2006. 3(1): 76. https://doi.org/10.1504/IJNT.2006.008722

7. Karachevtseva L.A., Glushko A.E., Ivanov V.I., Lytvynenko O.O., Onishchenko V.F., Parshin K.A., Stronska O.J. Out-of-plane optical transmittance of 2D photonic macroporous silicon structures. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2007. 10(2): 51.

8. Glushko A., Karachevtseva L. Photonic band structure of oxidized macroporous silicon. Opto-Electron. Rev. 2006. 14: 201. https://doi.org/10.2478/s11772-006-0026-9

9. Glushko A., Karachevtseva L. PBG properties of three-component 2D photonic crystals. Photonics Nanostruct. Fundam. Appl. 2006. 4(3):141. https://doi.org/10.1016/j.photonics.2006.02.003

10. Holiney R.Yu., Matveeva L.A., Venger E.F., Karachevtseva L.A., Lytvynenko O.A. Electroreflectance study of macroporous silicon surfaces. Appl. Surf. Sci. 2001. 172(3-4): 214. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(00)00861-8

11. Karachevtseva L.A., Ivanov V.I., Lytvynenko O.O., Parshin K.A., Stronska O.J. The impurity Franz-Keldysh effect in 2D photonic macroporous silicon structures. Appl. Surf. Sci. 2008. 255(5): 332. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.09.038

12. Patent UA 136455. Karachevtseva L. Method for Manufacturing of Optical Quantum Computer. 2019.

13. Lehman V. The physics of macropore formation in low doped n-type silicon. J. Electrochem. Soc. 1993. 140(10): 2836. https://doi.org/10.1149/1.2220919

14. Karachevtseva L.A., Litvinenko O.A., Malovichko E.A. Stabilization of electrochemical formation of macropores in n-Si. Theor. Exp. Chem. 1998. 34: 287. https://doi.org/10.1007/BF02523264

15. Karachevtseva L., Kartel M., Kladko V., Gudymenko O., Bo Wang, Bratus V., Lytvynenko O., Onyshchenko V., Stronska O. Functionalization of 2D macroporous silicon under the high-pressure oxidation. Appl. Surf. Sci. 2018. 434: 142. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.10.029

16. Mao J., Yao J.-N., Wang L.-N., Liu W.-S. Easily prepared high-quantum-yield CdS quantum dots in water using hyperbranched polyethylenimine as modifier. J. Colloid Interface Sci. 2008. 319(1): 353. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2007.10.027

17. Stroyuk A.L., Shvalagin V.V., Kuchmii S.Ya. Photochemical synthesis and optical properties of binary and ternary metal-semiconductor composites based on zinc oxide nanoparticles. J. Photochem. Photobiol. A. 2005. 173(2): 185. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2005.02.002

18. Karachevtseva L., Kuchmii S., Stroyuk A., Sapelnikova O., Lytvynenko O., Stronska O., Bo Wang, Kartel M. Light-emitting structures of CdS nanocrystals in oxidized macroporous silicon. Appl. Surf. Sci. 2016. 388: 288. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.01.069

19. Gerardi G.J., Poindexter E.H., Caplan P.J., Jonhson N.M. Interface traps and Pb centers in oxidized (100) silicon wafers. Appl. Phys. Lett. 1986. 49(6): 348. https://doi.org/10.1063/1.97611

20. Vinogradov E.A. Semiconductor microcavity polaritons. Physics-Uspekhi. 2002. 45(12): 1213. https://doi.org/10.1070/PU2002v045n12ABEH001189

21. Vinogradov E.A., Zhizhin G.N., Yakovlev V.A. Resonance between dipole oscillations of atoms and interference modes in crystalline films. J. Exp. Theor. Phys. 1979. 50: 486.

22. Berezhkovskii A.M., Ovchinnikov A.A. Influence of impurities on the Wannier-Stark ladder in semiconductor in a strong electric field. Phys. Stat. Sol. (b). 1982. 110: 455. https://doi.org/10.1002/pssb.2221100210

23. Ou Z., Hong C., Mandel L. Relation between input and output states for a beam splitter. Opt. Commun. 1987. 63(2): 118. https://doi.org/10.1016/0030-4018(87)90271-9

24. Heeres R.W., Kouwenhoven L.P., Zwiller V. Quantum interference in plasmonic circuits. Nat. Nanotechnol. 2013. 8: 719. https://doi.org/10.1038/nnano.2013.150




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp12.01.009

Copyright (©) 2021 L. A. Karachevtseva, M. T. Kartel, O. O. Lytvynenko

 CC By Creative Commons "Attribution" 4.0