Теоретичний та експериментальний аналіз люмінесценції змішаних екситон-поляритонів у кристалах CdS в умовах сильного затухання екситонів
Анотація
У даній роботі представлено комбіноване теоретичне та експериментальне дослідження люмінесценції змішаних екситон-поляритонів в анізотропних кристалах CdS у режимі сильного затухання екситонів поблизу резонансу A-екситона. Просторово-дисперсійна модель радіаційних змішаних мод використовується для аналізу трансформації спектрального контуру, положення максимуму, часткових модових внесків та кутової залежності ширини лінії. Розраховані спектри для кутів випромінювання від до порівнюються з вимірюваннями фотолюмінесценції, і отримано хорошу відповідність при температурі K для меВ та мкм. На відміну від традиційних підходів, які пов’язують перехід до лоренцівського профілю випромінювання лише з умовою , показано, що цей режим додатково вимагає виконання умови, пов’язаної з транспортом екситонів, а саме . За виконання цих умов контур випромінювання змішаних мод наближається до квазікласичного лоренцівського профілю з напівшириною, близькою до . Водночас у анізотропних кристалах CdS ефекти просторової дисперсії та міжмодової інтерференції не повністю пригнічуються і стають більш вираженими при більших кутах випромінювання або менших ефективних дифузійних довжинах. Отримані результати пропонують уточнений критерій ідентифікації квазікласичного режиму випромінювання та практичну основу для визначення параметра затухання екситонів і ефективної глибини дифузії з експериментальних спектрів.
Завантаження
Посилання
S. Schumacher, G. Czycholl, and F. Jahnke, “Coherent propagation of polaritons in the nonlinear optical regime,” Physical Review B – Condensed Matter and Materials Physics, 73(3), 035318 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.035318
J.J. Hopfield, and D.G. Thomas, “Polariton absorption lines,” Physical Review Letters, 15(1), 22-25 (1965). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.15.22
I. Carusotto, and C. Ciuti, “Quantum fluids of light,” Reviews of Modern Physics, 85(1), 299-366 (2013). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.85.299
J. Voigt, “Influence of spatial dispersion on the transmission spectra of CdS single crystals,” Physica Status Solidi (b), 64(2), 549-556 (1974). https://doi.org/10.1002/pssb.2220640216
Y. Tian, S. Yao, Z. Zhou, H. Peng, B. Ke, W. Zhou, et al., “Super-Broad-Wavelength-Range Polarization-Selective Exciton-Polariton in Sn-Doped CdS Nanowires,” ACS Applied Optical Materials, 1(1), 298-305 (2023). https://doi.org/10.1021/acsaom.2c00056
V.V. Yatsyshen, and I.I. Borodina, “Reflection of circularly polarized light from a CdS semiconductor crystal near the exciton resonance taking into account spatial dispersion,” Physics of Wave Processes and Radio Systems, 27(4), 40-49 (2024). https://doi.org/10.18469/1810-3189.2024.27.4.40-49
D. Sanvitto, and S. Kéna-Cohen, “The road towards polaritonic devices,” Nature materials, 15(10), 1061-1073 (2016). https://doi.org/10.1038/nmat4668
M. Dagenais, and W.F. Sharfin, “Measurement of the damping dispersion of exciton polaritons in CdS,” Physical Review Letters, 58(17), 1776-1779 (1987). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.58.1776
F. Dirnberger, J. Quan, R. Bushati, G.M. Diederich, M. Florian, J. Klein, “Magneto-optics in a van der Waals magnet tuned by self-hybridized polaritons,” Nature, 620(7974), 533-537 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06275-2
K.-H. Pantke, and I. Broser, “Damping dispersion of excitonic polaritons in CdS,” Physical Review B, 48(16), 11752-11758 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.11752
P. Ghosh, D. Kushavah, P.K. Mohapatra, P. Vasa, K.C. Rustagi, and B.P. Singh, “Investigations of temperature-dependent photoluminescence of uncoated and silver-coated CdS quantum dots,” https://doi.org/10.48550/arXiv.1606.06711
B.Zh. Akhmadaliev, N.Kh. Yuldashev, and I.I. Yulchiev, “Surface-radiative modes and longitudinal excitons in the spectra of exciton-polariton luminescence,” Optics and Spectroscopy, 125, 343-352 (2018). https://doi.org/10.1134/S0030400X18090023
B.Z. Akhmadaliev, and N.K. Yuldashev, “Strong Interference Luminescence of Mixed Modes in the Neighborhood of the Critical Value of Exciton Decay,” Optics and Spectroscopy, 129(11), 1187-1192 (2021). https://doi.org/10.1134/S0030400X21090022
N.N. Akhmediev, “Role of spatial dispersion in light absorption by excitons,” Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics, 52, 773 (1980). https://jetp.ras.ru/cgi-bin/dn/e_052_04_0773.pdf
A.B. Pevtsov, and A.V. Selkin, “Diffuse reflection of light in the region of exciton resonance in a CdS crystal,” Fizika Tverdogo Tela, 26(9), 2875–2877 (1984). https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/19256 (in Russian)
R.D.Delgado, V.A. Kosobukin, and A.V. Selkin, “Correlation effects of a rough crystal surface in exciton spectra of diffuse reflection,” Optics and Spectroscopy, 63(1), 6–8 (1987). https://link.springer.com/article/10.1007/BF00654344
N.R. Grigorieva, and A.V. Sel’kin, “Emission of Light from Compositionally Graded CdSSe/CdS Heterostructure with Smooth Near-surface Excitonic Potential,” Semiconductors, 53(16), 2052-2054 (2019). https://doi.org/10.1134/S1063782619120108
Авторське право (c) 2026 Базарбой Дж. Ахмадалієв, Мехріддін Ф. Ахмаджонов, Тохірбек І. Рахмонов, Пахловон І. Мовлонов, Шерзод Ш. Абдуллаєв, Іфтіхорджон І. Юльчієв
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
