Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями
In this paper, we investigated high-resolution IR absorption and reflection spectra in one-sided periodical 2D macroporous silicon structures with nano-coatings of SiO2 and CdS, ZnO nanoparticles, as well as two-sided structures of macroporous silicon without nano-coatings. After changing the reso...
Saved in:
| Date: | 2020 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/562 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543923048022016 |
|---|---|
| author | Karachevtseva, L. A. Lytvynenko, O. O. Onyshchenko, V. F. Strelchuk, V. V. Boyko, V. A. |
| author_facet | Karachevtseva, L. A. Lytvynenko, O. O. Onyshchenko, V. F. Strelchuk, V. V. Boyko, V. A. |
| author_sort | Karachevtseva, L. A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:13Z |
| description | In this paper, we investigated high-resolution IR absorption and reflection spectra in one-sided periodical 2D macroporous silicon structures with nano-coatings of SiO2 and CdS, ZnO nanoparticles, as well as two-sided structures of macroporous silicon without nano-coatings. After changing the resolution of spectra measurements from 2 to 1 cm–1, the oscillation period of Wannier-Stark electro-optical effect decreases by 3 times, and absorption increases by 60–100 times; and for two-sided structures the oscillation period decreases by 1.5 times and absorption increases by 25–30 %. In addition, giant absorption oscillations with positive and negative amplitudes of 107 arb. un. were evaluated in spectral regions of Si–Si–bonds and Pb centers. Similar oscillations in the reflection spectra have much less amplitudes up to 4·104 arb. un. In the spectral area of the transverse phonon ?TO (Si–Si–bonds) absorption spectra of 2D macroporous silicon structures consistent fully with data for phonon polaritons in microresonators as a result of resonance interaction of dipole-active vibrations with the frequency of ?TO in thin films with the surface modes of microresonator. In addition, microresonators interact both with each other in one-sided macroporous silicon structures and in the system of two-sided macroporous silicon. The giant absorption oscillations testify the strong interaction of surface polaritons with photons. The coherence of oscillations and large-scale spatial correlation are а result of exciton-polariton condensation on macropores as microresonators. In 2D macroporous silicon structures with nano-coatings band bending on the surface of the macropores are significant. Therefore, the generated photoelectrons link with holes, forming electron-hole pairs named as exciton-polaritons according to phenomenon of Bose-Einstein condensation. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:06Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-562 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-07-22T19:34:06Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5622022-06-29T10:02:13Z Exciton-polaritons in 2d macroporous silicon structures with nano-coatings Экситон-поляритоны в 2D структурах макропористого кремния с нанопокрытиями Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями Karachevtseva, L. A. Lytvynenko, O. O. Onyshchenko, V. F. Strelchuk, V. V. Boyko, V. A. one-sided and two-sided macroporous silicon structures nano-coatings of nanocrystals exciton-polaritons Bose-Einstein condensation односторонні та двосторонні структури макропористого кремнію нанопокриття нанокристалів екситонні поляритони конденсація Бозе-Ейнштейна односторонние и двусторонние структуры макропористого кремния нанопокрытия нанокристаллов экситонные поляритоны конденсация Бозе-Эйнштейна In this paper, we investigated high-resolution IR absorption and reflection spectra in one-sided periodical 2D macroporous silicon structures with nano-coatings of SiO2 and CdS, ZnO nanoparticles, as well as two-sided structures of macroporous silicon without nano-coatings. After changing the resolution of spectra measurements from 2 to 1 cm–1, the oscillation period of Wannier-Stark electro-optical effect decreases by 3 times, and absorption increases by 60–100 times; and for two-sided structures the oscillation period decreases by 1.5 times and absorption increases by 25–30 %. In addition, giant absorption oscillations with positive and negative amplitudes of 107 arb. un. were evaluated in spectral regions of Si–Si–bonds and Pb centers. Similar oscillations in the reflection spectra have much less amplitudes up to 4·104 arb. un. In the spectral area of the transverse phonon ?TO (Si–Si–bonds) absorption spectra of 2D macroporous silicon structures consistent fully with data for phonon polaritons in microresonators as a result of resonance interaction of dipole-active vibrations with the frequency of ?TO in thin films with the surface modes of microresonator. In addition, microresonators interact both with each other in one-sided macroporous silicon structures and in the system of two-sided macroporous silicon. The giant absorption oscillations testify the strong interaction of surface polaritons with photons. The coherence of oscillations and large-scale spatial correlation are а result of exciton-polariton condensation on macropores as microresonators. In 2D macroporous silicon structures with nano-coatings band bending on the surface of the macropores are significant. Therefore, the generated photoelectrons link with holes, forming electron-hole pairs named as exciton-polaritons according to phenomenon of Bose-Einstein condensation. В работе исследованы высокоразрешенные ИК спектры поглощения и отражения в 2D односторонних периодических структурах макропористого кремния с нанопокрытиями SiO2 и наночастиц CdS, ZnO, а также в двухсторонних структурах макропористого кремния без нанопокрытий. После увеличения разрешающей способности оптических измерений с 2 на 1 см–1период осцилляций электро-оптического эффекта Ванье-Штарка уменьшается в 3 раза, поглощение увеличивается в 60–100 раз. Для двусторонних структур макропористого кремния период осцилляций уменьшается в 1.5 раза, а поглощение увеличивается на 25–30 %. В дополнение, для односторонних структур макропористого кремния измерены гигантские положительные и отрицательные осциляции поглощения величиной 107отн. ед. и полушириной 0.4–1.0 см–1в спектральной области поглощения Si–Si–связями и Pb–центрами. Подобные осцилляции в спектрах отражения имеют гораздо меньшую амплитуду – до 4·104отн. ед. В спектральной области поперечного фонона ?TO(Si–Si–связи) спектры поглощения полностью согласуются с экспериментальными данными по фононным поляритонам в тонких пленках в условиях резонансного взаимодействия дипольно-активных колебаний с частотой ?TOс поверхностными модами микрорезонатора. При этом микрорезонаторы взаимодействуют друг с другом как в односторонних структурах, так и в системе двусторонних структур макропористого кремния. Гигантские амплитуды осцилляций свидетельствуют о сильном взаимодействии поверхностных поляритонов с фотонами, формируя экситонные поляритоны. При этом когерентность осцилляций и крупномасштабная макрокорреляция являются результатом конденсации экситонных поляритонов в макропорах, как микрорезонаторах. В 2D структурах макропористого кремния с нанопокрытиями изгиб зон на поверхности макропор является значительным. Поэтому генерируемые фотоэлектроны связаны с дырками в потенциальных ямах, образуя электрон-дырочные пары, которые называются экситонными поляритонами в соответствии с явлением конденсации Бозе-Эйнштейна. В роботі досліджені високороздільні спектри оптичного поглинання та відбивання в 2D односторонніх періодичних структурах макропористого кремнію з нанопокриттями SiO2 та наночастинками CdS, ZnO та у двосторонніх структурах макропористого кремнію без нанопокриттів. Після зміни роздільної здатності вимірювань з 2 на 1 cм–1 період осциляцій електрооптичного ефекту Ваньє-Штарка зменшується у 3 рази, поглинання збільшується у 60–100 разів; для двосторонніх структур макропористого кремнію період осциляцій зменшується у 1.5 рази, поглинання збільшується на 25–30 %. На додаток, для односторонніх структур макропористого кремнію виміряні гігантські позитивні та негативні осциляції поглинання величиною 107 відн.од. та напівшириною 0.4–1.0 см–1 в спектральній області поглинання Si–Si–зв’язками та Pb центрами. Подібні осциляції у спектрах відбивання мають набагато меншу амплітуду – до 4·104 відн. од. В спектральній області поперечного фонона ?TO(Si–Si–зв’язки) спектри поглинання повністю відповідають експериментальним даним по фононним поляритонам в тонких плівках в умовах резонансної взаємодії діпольно-активних коливань з частотою ?TO з поверхневими модами мікрорезонатора. У цьому випадку мікрорезонатори взаємодіють як між собою в односторонніх структурах, так і в системі двосторонніх структур макропористого кремнію. Гігантські осциляції свідчать про сильну взаємодію поверхневих поляритонів з фотонами. Когерентність осциляцій та великомасштабні макрокореляції є результатом конденсації екситонних поляритонів на макропорах як мікрорезонаторах. У 2D структурах макропористого кремнію з нано-покриттями вигини зон на поверхні макропор є значними. Тому, генеровані фотоелектрони зв’язуються з дірками в потенціальних ямах, утворюючи електрон-діркові пари, які називаються екситонними поляритонами відповідно до явища конденсації Бозе-Ейнштейна. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/562 10.15407/hftp11.04.445 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 4 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 445-455 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 4 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 445-455 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 4 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 445-455 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/562/565 Copyright (c) 2020 L. A. Karachevtseva, O. O. Lytvynenko, V. F. Onyshchenko, V. V. Strelchuk, V. A. Boyko |
| spellingShingle | односторонні та двосторонні структури макропористого кремнію нанопокриття нанокристалів екситонні поляритони конденсація Бозе-Ейнштейна Karachevtseva, L. A. Lytvynenko, O. O. Onyshchenko, V. F. Strelchuk, V. V. Boyko, V. A. Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями |
| title | Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями |
| title_alt | Exciton-polaritons in 2d macroporous silicon structures with nano-coatings Экситон-поляритоны в 2D структурах макропористого кремния с нанопокрытиями |
| title_full | Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями |
| title_fullStr | Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями |
| title_full_unstemmed | Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями |
| title_short | Екситон-поляритони в 2D структурах макропористого кремнію з нанопокриттями |
| title_sort | екситон-поляритони в 2d структурах макропористого кремнію з нанопокриттями |
| topic | односторонні та двосторонні структури макропористого кремнію нанопокриття нанокристалів екситонні поляритони конденсація Бозе-Ейнштейна |
| topic_facet | one-sided and two-sided macroporous silicon structures nano-coatings of nanocrystals exciton-polaritons Bose-Einstein condensation односторонні та двосторонні структури макропористого кремнію нанопокриття нанокристалів екситонні поляритони конденсація Бозе-Ейнштейна односторонние и двусторонние структуры макропористого кремния нанопокрытия нанокристаллов экситонные поляритоны конденсация Бозе-Эйнштейна |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/562 |
| work_keys_str_mv | AT karachevtsevala excitonpolaritonsin2dmacroporoussiliconstructureswithnanocoatings AT lytvynenkooo excitonpolaritonsin2dmacroporoussiliconstructureswithnanocoatings AT onyshchenkovf excitonpolaritonsin2dmacroporoussiliconstructureswithnanocoatings AT strelchukvv excitonpolaritonsin2dmacroporoussiliconstructureswithnanocoatings AT boykova excitonpolaritonsin2dmacroporoussiliconstructureswithnanocoatings AT karachevtsevala éksitonpolâritonyv2dstrukturahmakroporistogokremniâsnanopokrytiâmi AT lytvynenkooo éksitonpolâritonyv2dstrukturahmakroporistogokremniâsnanopokrytiâmi AT onyshchenkovf éksitonpolâritonyv2dstrukturahmakroporistogokremniâsnanopokrytiâmi AT strelchukvv éksitonpolâritonyv2dstrukturahmakroporistogokremniâsnanopokrytiâmi AT boykova éksitonpolâritonyv2dstrukturahmakroporistogokremniâsnanopokrytiâmi AT karachevtsevala eksitonpolâritoniv2dstrukturahmakroporistogokremníûznanopokrittâmi AT lytvynenkooo eksitonpolâritoniv2dstrukturahmakroporistogokremníûznanopokrittâmi AT onyshchenkovf eksitonpolâritoniv2dstrukturahmakroporistogokremníûznanopokrittâmi AT strelchukvv eksitonpolâritoniv2dstrukturahmakroporistogokremníûznanopokrittâmi AT boykova eksitonpolâritoniv2dstrukturahmakroporistogokremníûznanopokrittâmi |