Впервые в гетероструктуре (GaAs/AlGaAs) наблюдены и исследованы при комнатной температуре на длине волны 790 нм явления фемтосекундного фотонного эха и четырёхволнового смешения. Изучена зависимость времени оптической дефазировки от плотности электронных носителей. Исследована возможность создания полупроводникового лазерного рефрижератора.

Лаборатория быстропротекающих молекулярных процессов и лаборатория нелинейной оптики КФТИ КазНЦ РАН.
Руководители: к.ф.-м.н. Лобков В.С., д.ф.-м.н. Самарцев В.В.
Ответственные исполнители: Иванин К.В., Леонтьев А.В., Петрушкин С.В.

Новизна поставленных фемтосекундных экспериментов состоит, во-первых, в том, что впервые явления фемтосекундного фотонного эха и четырёхволнового смешения наблюдены в гетероструктуре, а, во-вторых, в том, что эти эксперименты были осуществлены при комнатной температуре образца. Исследуемая гетероструктура GaAs/AlGaAs состояла из нескольких слоёв, эпитаксиально выращенных на GaAs-субстрате. На границе раздела слоёв с различной шириной запрещённой зоны возникает потенциальная яма, в которой находятся электроны в возбуждённом состоянии. Они сосредоточены вдоль гетероперехода, образуя квазидвумерную структуру (называемую двумерным вырожденным электронным газом). Подвижность электронов может быть существенно увеличена (до значений 30· 10⁶° см²/В·с) путём наращивания промежуточного недопированного узкополосного полупроводникового слоя (известного как «буферный»), играющего роль пространственного разделителя двумерного электронного газа и донорных ионов. Методы фемтосекундного фотонного эха, четырёхволнового смешения и рассеяния пробного импульса на электронной переходной «решётке» позволили детально исследовать подвижность электронов и снять зависимость времени оптической дефазировки T_d от плотности N электронных носителей: T_d<Т^-0.23. Анализ этой зависимости позволил сделать вывод о существенной роли в процессе оптической дефазировки экранированного электрон-электронного и электрон-фононного взаимодействий. Установлено, что при комнатной температуре с ростом числа электронных носителей (от 3· 1018 до 1.2· 1019 см^-3) время дефазировки сокращается с 54 фс до 36 фс. Исследована возможность создания полупроводникового лазерного рефрижератора.

Рис. 1. Энергетические зоны и слоевая структура 2МЭГ.

П. 8. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе: достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне; освоение новых диапазонов спектра; спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты; прецизионные оптические измерения; проблемы квантовой и атомной оптики; взаимодействие излучения с веществом.

Публикации:

1. Ivanin K.V., Leontiev A.V., Lobkov V.S., Samartsev V.V.: Femtosecond photon echo and four-wave mixing studies on GaAs/AlGaAs heterostructure at room temperature. Laser Phys. Lett. 7, no. 8, 583-586 (2010)
2. Иванин К.В., Леонтьев А.В., Лобков В.С., Петрушкин С.В., Самарцев В.В.: Фемтосекундные когерентные переходные процессы в полупроводниках и гетероструктурах и возможность создания полупроводникового лазерного рефрижератора. Учён. зап. КГУ. Сер. «Физ.-мат. науки», т. 152, кн. 2, с. 87-97 (2010)
3. Иванин К.В.: Сравнение коэффициентов спиновой и электронной диффузии в двумерном электронном газе. Изв. РАН. Cер. физ. 75, № 2, 190-192 (2010)