Статьи

Группа исследователей из России и Германии изучает свойства полупроводниковых структур под воздействием электромагнитного излучения терагерцового диапазона. Учёные исследовали образцы легированного сурьмой германия на лазерах на свободных электронах в Новосибирске и в Дрездене.

Результаты оказались неожиданными – динамика релаксации возбуждений отличается от теоретических предсказаний, сообщается в поступившем в редакцию пресс-релизе.

Учёные Института ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН) и Института физики микроструктур РАН (ИФМ РАН) провели серию экспериментов с германиевыми полупроводниками на лазере на свободных электронах (ЛСЭ) Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения и выяснили, что после возбуждения атомов примеси они релаксируют быстрее, чем считалось раньше.

«Мы обнаружили интересную закономерность, – поясняет кандидат физико-математических наук, научный сотрудник ИФМ РАН Роман Жукавин. – Согласно теории каскадной релаксации, чем выше вы забрасываете электрон, тем дольше потом он опускается вниз по квантовым уровням. Но эксперимент показывает обратное – чем выше мы его подбрасываем, тем быстрее он возвращается.

Похожие результаты получили наши коллеги в Дрездене на установке FELBE. Встаёт вопрос корректности интерпретации. Эксперимент даёт только результат, а осознать его нужно будет теоретикам».

Для проведения серии экспериментов сотрудники ИФМ РАН и ИЯФ СО РАН в рамках гранта Министерства образования и науки Российской Федерации создали новую пользовательскую станцию «Накачка-зондирование» на ЛСЭ. Станция позволяет исследовать поведение разных образцов вещества после возбуждения при их охлаждении вплоть до температуры жидкого гелия.

«Вы делите луч лазера на две части, одним вы возбуждаете вещество, а другой через оптическую линию задержки освещает этот же образец в том же месте», – пояснил доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, профессор НГУ Борис Князев.

Преимуществом новосибирского ЛСЭ является возможность быстрой и плавной перестройки по длинам волны излучения.

«Это уникальная возможность, – комментирует кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, старший преподаватель НГУ Юлия Чопорова. – Каждый электрон находится на своём основном уровне, для перехода в возбужденное состояние ему необходим определённый квант энергии, которому соответствует конкретная длина волны.

ЛСЭ позволяет задать определённую длину волны излучения и посмотреть, как себя ведёт каждый электрон. Когда мы слышим оркестр, это красиво, но мы не знаем, кто именно сейчас играет. Наш ЛСЭ позволяет слушать игру каждого инструмента в отдельности и разложить мелодию по всем октавам».

Новосибирский ЛСЭ активно используется десятками исследовательских групп из российских и зарубежных организаций для мультидисциплинарных исследований в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения. Исследования свойств полупроводниковых структур актуальны для создания детекторов электромагнитного излучения, например, в астрономии для сверхчувствительных телескопов.

Примечание:

Новосибирский лазер на свободных электронах – уникальная научная установка на базе первого в мире четырёхдорожечного ускорителя-рекуператора, созданного в ИЯФ СО РАН. Он предназначен для генерации когерентного электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 5 до 240 микрон.

По спектральной мощности излучения Новосибирский ЛСЭ в своем диапазоне длин волн на несколько порядков превосходит все существующие в мире источники, что позволяет проводить уникальные, не имеющие аналогов в мире, эксперименты.