OPTICAL ACTIVITY OF PLASMA OSCILLATIONS IN MULTILAYER STRUCTURES

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HAL Id: jpa-00224163

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Submitted on 1 Jan 1984

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OPTICAL ACTIVITY OF PLASMA OSCILLATIONS IN MULTILAYER STRUCTURES

A. Chaplik

To cite this version:

A. Chaplik. OPTICAL ACTIVITY OF PLASMA OSCILLATIONS IN MULTILAYER STRUCTURES. Journal de Physique Colloques, 1984, 45 (C5), pp.C5-311-C5-311.

�10.1051/jphyscol:1984545�. �jpa-00224163�

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JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloque C5, supplément au na4, Tome 45, a v r i l 1984 page C5-311

OPTICAL A C T I V I T Y OF PLASMA OSCILLATIONS I N MULTILAYER STRUCTURES

A.V. Chaplik

I n s t i t u t e of Serniconductor Physics, Siberian Branch USSR Academy of Sciences, Prospect Luvrent'eva, 13, Novosibirsk 90, 630090, U.S.S.R.

Résumé

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Une étude e s t f a i t e des systèmes dans lesquels l e plasma d ' é l e c t r o n s à dimensions (2D) a p l u s i e u r s composantes. Ces composantes sont des groupes d ' é l e c t r o n s se d i s t i n g u a n t s o i t par l e vecteur propre de l e u r mou- vement transverse, s o i t par l e numéro de l a couche considérée. Les hétéro- j o n c t i o n s GaAs-AlGaAs, où l e s é l e c t r o n s peuvent occuper deux niveaux t r a n s - verses, sont un exemple du premier type. N'importe q u e l l e s t r u c t u r e à cou- ches, avec comme cas l i m i t e l e s super-réseaux, e s t un exemple du second type. Le s p e c t r e des o s c i l l a t i o n s de plasma de t e l s systèmes comprend en p l u s de l ' o n d e h a b i t u e l l e présentant l a l o i de d i s p e r s i o n en r a c i n e carrée, de nouvelles branches dont c e r t a i n e s s'apparentent aux ondes acousto-ioniques d ' u n plasma gazeux e t d ' a u t r e s aux e x c i t o n s . L ' a t t é n u a t i o n de Landau dans de t e l s systèmes e t l e spectre d ' a b s o r p t i o n optique o n t aussi des p r o p r i é t é s spéciales. Dans l e s super-réseaux, il y a une bande de plasmons c a r a c t é r i s é e par un vecteur de propagation à deux dimensions e t un quasivecteur de propagation à une dimension.

Les ondes de plasma dans l e s systèmes considérés sont en résonance avec l e champ é l e c t r i q u e l o n g i t u d i n a l inhomogène E exp i ( k x

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w t ) , où k coïncide avec l e vecteur de propagation à deux dimensions des plasmons. Le système à deux composantes e s t soigneusement é t u d i é e t des expressions algébriques sont obtenues pour l a puissance absorbée e t l a l a r g e u r des p i c s pour deux des branches de plasmons. La forme du p i c d ' a b s o r p t i o n e s t obtenue pour un super-réseau s e m i - i n f i n i dans l e cas où l ' a b s o r p t i o n e s t dûe principalement à l ' e x c i t a t i o n des ondes de plasma e t non aux c o l l i s i o n s .

A b s t r a c t

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An i n v e s t i g a t i o n i s made o f systems i n which two dimensional (2D) e l e c t r o n plasma has several components. The components a r e groups o f e l e c - t r o n s d i f f e r i n g e i t h e r i n respect o f the eigenvector o f transverse motion o r i n r e s p e c t o f the l a y e r number. An example o f the f i r s t type i s GaAs- AlGaAs h e t e r o j u n c t i o n where e l e c t r o n s can populate two transverse energy l e v e l s . The second t y p e example i s any l a y e r s t r u c t u r e i n c l u d i n g s u p e r l a t t i c e as a l i m i t case. The spectrum o f plasma o s c i l l a t i o n s o f such systems includes n o t o n l y t h e usual wave w i t h the square-root d i s p e r s i o n law, b u t a l s o addi- t i o n a l branches some o f which resemble i o n - a c o u s t i c waves i n a gas plasma whereas o t h e r s are analogous t o e x c i t o n s . The Landau damping i n such systems and t h e o p t i c a l absorption s p e c t r a a l s o have special p r o p e r t i e s . I n t h e su- p e r l a t t i c e s t h e r e i s a plasmon band which i s c h a r a c t e r i z e d by 2D momentum and 1D quasimomentum o f t h e plasmon.

The plasma waves i n t h e systems under c o n s i d e r a t i o n i n t e r a c t r e s o n a n t l y w i t h t h e l o n g i t u d i n a l inhomogeneous e l e c t r i c f i e l d E exp i ( k x

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w t ) , k coincides w i t h t h e 2D plasmon momentum. The two component system i s thoroughly i n v e s t i - gated and t h e formulae are d e r i v e d f o r t h e absorbed power and f o r the l i n e w i d t h i n two plasma branches. The absorption l i n e shape i s found f o r a semi- i n f i n i t e s u p e r l a t t i c e when t h e c o l 1 is i o n l e s s a b s o r p t i o n i s caused mainly by generation o f t h e p l asma waves.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1984545