Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями
One of the promising materials for the development of 2D photonic structures is macroporous silicon obtained using photoanodic etching. Presence of periodically located cylindrical pores divided by silicon columns provides large effective surface of samples and enhanced optical and photo-physical ch...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/535 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543917034438656 |
|---|---|
| author | Karachevtseva, L. A. |
| author_facet | Karachevtseva, L. A. |
| author_sort | Karachevtseva, L. A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:41Z |
| description | One of the promising materials for the development of 2D photonic structures is macroporous silicon obtained using photoanodic etching. Presence of periodically located cylindrical pores divided by silicon columns provides large effective surface of samples and enhanced optical and photo-physical characteristics of macroporous silicon structures. In this paper, the near-IR light absorption oscillations of 2D macroporous silicon structures with microporous silicon layers, SiO2 nanocoatings and CdTe, ZnO surface nanocrystals are studded taking into account the Wannier–Stark electro-optical effect. An analysis of the experimental absorption spectra was carried out within the model of the resonant electron scattering with infinite amplitude on impurity states in strong electric field, with difference between two resonant energies equaled to the step of Wannier–Stark ladder. The constant oscillation period specifies the realization of Wannier–Stark effect on the randomly distributed surface bonds on silicon-nanocoating interface. We compared the IR absorption oscillations in 2D macroporous silicon with surface nanocoatings, analyzed shifts and deviations of oscillation peaks. The coherence of the IR spectra oscillations increases with the decrease of surface state concentration and with the optimal area of contact of nanocrystals to the macropore surface. Thus, the shift of oscillations for ZnO nanoparticles with optimal size of nanocrystals (3.7–4.4 nm) leads to deviations of the oscillation peaks within 0.26–0.42 meV, the oscillation coherence reaches 0.25–0.4 %. The small broadening parameter of the Wannier–Stark ladder levels G = 0.3?0.8 cm–1 equals to that for surface phonon polaritons measured in thin films of II-VI semiconductors. Controllability and coherence of the investigated system are determined by forming of coherent Wannier levels in a narrow triangular potential well formed by an electric field at the silicon-nanocoating interface. In addition, we have proposed a high coherent optical quantum computer based on the quantum Wannier-Stark electro-optical effect on a silicon matrix with macropores and a layer of nanocrystals on the macropore surface. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:53Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-535 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:07Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5352022-06-29T10:02:41Z Coherent oscillations in IR spectra of 2d macroporous silicon structures with surface nanocoatings Когерентные осцилляции в ИК-спектрах 2D структур макропористого кремния с поверхностными нанопокрытиями Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями Karachevtseva, L. A. 2D macroporous silicon surface nanocoatings IR spectra coherent oscillations 2D структури макропористого кремнію поверхневі нанопокриття ІЧ спектри когерентні осциляції 2D структуры макропористого кремния поверхностные нанопокрытия ИК спектры когерентные осциляции One of the promising materials for the development of 2D photonic structures is macroporous silicon obtained using photoanodic etching. Presence of periodically located cylindrical pores divided by silicon columns provides large effective surface of samples and enhanced optical and photo-physical characteristics of macroporous silicon structures. In this paper, the near-IR light absorption oscillations of 2D macroporous silicon structures with microporous silicon layers, SiO2 nanocoatings and CdTe, ZnO surface nanocrystals are studded taking into account the Wannier–Stark electro-optical effect. An analysis of the experimental absorption spectra was carried out within the model of the resonant electron scattering with infinite amplitude on impurity states in strong electric field, with difference between two resonant energies equaled to the step of Wannier–Stark ladder. The constant oscillation period specifies the realization of Wannier–Stark effect on the randomly distributed surface bonds on silicon-nanocoating interface. We compared the IR absorption oscillations in 2D macroporous silicon with surface nanocoatings, analyzed shifts and deviations of oscillation peaks. The coherence of the IR spectra oscillations increases with the decrease of surface state concentration and with the optimal area of contact of nanocrystals to the macropore surface. Thus, the shift of oscillations for ZnO nanoparticles with optimal size of nanocrystals (3.7–4.4 nm) leads to deviations of the oscillation peaks within 0.26–0.42 meV, the oscillation coherence reaches 0.25–0.4 %. The small broadening parameter of the Wannier–Stark ladder levels G = 0.3?0.8 cm–1 equals to that for surface phonon polaritons measured in thin films of II-VI semiconductors. Controllability and coherence of the investigated system are determined by forming of coherent Wannier levels in a narrow triangular potential well formed by an electric field at the silicon-nanocoating interface. In addition, we have proposed a high coherent optical quantum computer based on the quantum Wannier-Stark electro-optical effect on a silicon matrix with macropores and a layer of nanocrystals on the macropore surface. Одним из перспективных материалов для разработки 2D фотонных структур является макропористый кремний, изготовленный с помощью фотоанодного травления. Наличие периодически расположенных цилиндрических пор, разделенных кремниевыми колоннами, обеспечивает большую эффективную поверхность образцов и улучшенные оптические и фотофизические характеристики макропористых кремниевых структур. В данной работе исследованы осцилляции ИК-поглощения двумерными структурами макропористого кремния с нанопокрытиями микропористого кремния и SiO2, с CdTe, ZnO нанокристаллами с учетом электро-оптического эффекта Ванье-Штарка. Анализ экспериментальных спектров ИК поглощения был проведен в рамках модели резонансного рассеяния электронов с бесконечной амплитудой на поверхностных состояниях в сильном электрическом поле, с разностью между двумя резонансными энергиями, равной ступеньке лестницы Ванье-Штарка. На реализацию ефекта Ванье–Штарка указывает постоянность периода осцилляций на поверхностных состояниях в области границы «кремний-нанопокрытие». Проведено сравнение осцилляций ИК поглощения света в 2D макропористом кремнии с поверхностными нанопокрытиями, проанализированы сдвиг и отклонения пиков колебаний. Когерентность осцилляций ИК-спектров повышается в результате уменьшения концентрации поверхностных состояний и оптимальной площади контакта нанокристаллов к поверхности макропор. Таким образом, сдвиг осцилляций для наночастиц ZnO с оптимальным размером нанокристаллов (3.7–4.4 нм) приводит к отклонениям колебаний в пределах 0.26–0.42 мэВ, то есть согласованность колебаний достигает 0.25–0.4 %. Малый параметр уширения ступенек Ванье-Штарка G = 0.3?0.8 см–1 равен этому параметру для поверхностных тонких пленок полупроводников II-VI. Контролируемость и когерентность исследованной системы определяется формированием когерентных уровней Ванье в электрическом поле узкой треугольной потенциальной ямы на границе «кремний-нанопокрытие». В результате был предложен висококогерентный оптический квантовый компьютер на основе реализации квантового электро-оптического эффекта Ванье-Штарка на кремниевой матрице с макропорами и слоем нанокристаллов на поверхности макропор. Одним з перспективних матеріалів для розробки двовимірних фотонних структур є макропористий кремній, отриманий за допомогою фотоанодного травлення. Наявність періодично розташованих циліндричних пор, розділених кремнієвими колоннами, забезпечує велику ефективну поверхню структур, покращує оптичні та фотофізичні характеристики макропористого кремнію. У даній роботі досліджені осциляції ІЧ-поглинання двовимірними структурами макропористого кремню з мікропористими шарами кремнію, SiO2 нанопокриттями та CdTe, ZnO поверхневими нанокристалами з врахуванням електро-оптичного ефекту Ваньє-Штарка. Аналіз експериментальних спектрів поглинання здійснено в рамках моделі резонансного розсіювання електронів з нескінченною амплітудою на повехневих станах у сильному електричному полі, з різницею між двома резонансними енергіями, що дорівнює сходинці Ваньє–Штарка. Постійність періоду осциляцій вказує на реалізацію ефекту Ваньє–Штарка на довільно розподілених поверхневих станах на межі поділу «кремній-нанопокриття». Проведено порівняння ІЧ поглинання світла в 2D структурах макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями, проаналізовані зрушення і відхилення вершин коливань. Когерентність осциляцій ІЧ-спектрів підвищується в результаті зменшення концентрації поверхневих станів та оптимальної площі контакту нанокристалів до поверхні макропор. Таким чином, зсув осциляцій для наночастинок ZnO з оптимальним розміром нанокристалів (3.7–4.4 нм) призводить до відхилень коливань у межах 0.26–0.42 меВ, тобто узгодженість коливань досягає 0.25–0.4 %. Малий параметр уширення сходинок Ваньє-Штарка G = 0.3?0.8 см–1 дорівнює цьому параметру для поверхневих тонких плівок напівпровідників II-VI. Контрольованість і когерентність дослідженої системи визначається формуванням когерентних рівнів Ваньє у вузькій трикутній потенціальній ямі, сформованій в електричному полі на межі поділу «кремній-нанопокритя». В результаті було запропоновано висококогерентний оптичний квантовий комп'ютер на основі реалізації квантового електро-оптичного ефекту Ваньє-Штарка на кремнієвій матриці з макропорами і шаром нанокристалів на поверхні макропор. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-02-24 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/535 10.15407/hftp11.01.115 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 1 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 115-127 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 1 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 115-127 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 1 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 115-127 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/535/538 Copyright (c) 2020 L. A. Karachevtseva |
| spellingShingle | 2D структури макропористого кремнію поверхневі нанопокриття ІЧ спектри когерентні осциляції Karachevtseva, L. A. Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями |
| title | Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями |
| title_alt | Coherent oscillations in IR spectra of 2d macroporous silicon structures with surface nanocoatings Когерентные осцилляции в ИК-спектрах 2D структур макропористого кремния с поверхностными нанопокрытиями |
| title_full | Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями |
| title_fullStr | Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями |
| title_full_unstemmed | Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями |
| title_short | Когерентні осциляції в ІЧ-спектрах 2D структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями |
| title_sort | когерентні осциляції в іч-спектрах 2d структур макропористого кремнію з поверхневими нанопокриттями |
| topic | 2D структури макропористого кремнію поверхневі нанопокриття ІЧ спектри когерентні осциляції |
| topic_facet | 2D macroporous silicon surface nanocoatings IR spectra coherent oscillations 2D структури макропористого кремнію поверхневі нанопокриття ІЧ спектри когерентні осциляції 2D структуры макропористого кремния поверхностные нанопокрытия ИК спектры когерентные осциляции |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/535 |
| work_keys_str_mv | AT karachevtsevala coherentoscillationsinirspectraof2dmacroporoussiliconstructureswithsurfacenanocoatings AT karachevtsevala kogerentnyeoscillâciivikspektrah2dstrukturmakroporistogokremniâspoverhnostnyminanopokrytiâmi AT karachevtsevala kogerentníoscilâcíívíčspektrah2dstrukturmakroporistogokremníûzpoverhneviminanopokrittâmi |