И.М. Моисеенко – к.ф.-м.н., мл. науч. сотрудник,

СФ-8, СФ ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Саратов)

E-mail: MoiseenkoIM@yandex.ru

В.В. Попов – д.ф.-м.н., зав. лабораторией,

СФ-8, СФ ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН

Д.В. Фатеев – к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник,

СФ-8, СФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН; СНИГУ им. Н.Г. Чернышевского

Постановка проблемы. В настоящее время отсутствуют компактные эффективные источники терагерцевого (ТГц) излучения, работающие при комнатной температуре. Для создания таких источников и усилителей могут быть использованы периодические решеточные структуры на основе графена с инверсной населенностью носителей заряда. Цель. Представить концепцию плазмонного усилителя ТГц-излучения, работающего при комнатной температуре. Оценить возможность усиления при однонаправленном распространении ТГц-плазмонов в пространственно ассиметричной структуре с двойным решетчатым затвором.   

Результаты. Установлено, что периодическая структура с асимметричной элементарной ячейкой на основе графена с инверсией носителей заряда позволяет преобразовывать падающую ТГц-волну в усиливающийся однонаправленный ТГц-плазмон. Поток энергии плазмонов вдоль структуры в одном направлении может превышать противонаправленный поток энергии плазмонов более чем на порядок величины. Для достижения однонаправленного усиления плазмонов в графене необходимо одновременное возбуждение радиационной и нерадиационной плазмонных мод на одной частоте. Это возможно только при пространственной асимметрии электродов затворной решетки.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для создания ТГц-преобразователей электромагнитного излучения в направленную незатухающую или усиливающуюся плазменную волну, а рассмотренные устройства можно применить в качестве эффективных источников бегущих ТГц-плазмонов в интегральных ТГцплазмонных схемах.

1. Morozov M.Yu., Davoyan A.R., Moiseenko I.M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2015. V.106. 061105.
2. Oladyshkin I.V. et al. // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. 155401.
3. Ryzhii V., Ryzhii M., Otsuji T. // Journal of Applied Physics. 2007. V.101. 083114.
4. Dubinov A.A, et al. // J. Phys.: Cond. Matter. 2011. V. 23. 145302.
5. Popov V.V., et al. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. 195437.
6. Fei Z., Rodin A.S., Andreev G.O., Bao W., McLeod A.S., et al. // Nature. 2012. V.487. 8285.
7. Alonso-Gonzalez P., Nikitin A.Y., Gao Y., Woessner A., et al. // Nat. Nanotech. 2012. V.12. 31.
8. Fateev D.V., Popov V.V., Shur M.S. // Semiconductors. 2010. V. 44(11). 1406−1413.