Fig.1 Las ondas de deformación acústica se generan ópticamente, propagar, y emiten ondas THz al espacio libre en la superficie. (crédito:Universidad de Osaka)
Un equipo de investigadores del Instituto de Ingeniería Láser, Universidad de Osaka, en colaboración con la Universidad de Bielefeld y la Universidad Técnica de Braunschweig en Alemania, se acercó más a desentrañar la complicada respuesta óptica de los pozos cuánticos múltiples de semiconductores de banda ancha y cómo la vibración reticular a escala atómica puede generar emisiones de terahercios en el espacio libre. Su trabajo proporciona un impulso significativo hacia la aplicación de microscopios láser de emisión de terahercios a la nano-sismología de dispositivos cuánticos de banda ancha.
Las ondas de terahercios (THz) se pueden generar mediante procesos ultrarrápidos que ocurren en un material. Al observar la emisión de THz, Los investigadores han podido estudiar diferentes procesos a nivel cuántico, desde simples semiconductores a granel hasta materiales cuánticos avanzados, como múltiples pozos cuánticos (Figura 1).
El grupo de investigación THz dirigido por el Prof. Masayoshi Tonouchi en el Instituto de Ingeniería Láser, La Universidad de Osaka y su Ph.D. estudiante Abdul Mannan, junto con los colaboradores internacionales, el profesor Dmitry Turchinovich de la Universidad de Bielefeld y el profesor Andreas Hangleiter de la Universidad Técnica de Braunschweig, ha medido la respuesta multifunción en múltiples pozos cuánticos (MQW) de GaInN / GaN enterrados que incluye el efecto de cribado dinámico del campo incorporado dentro de los pozos cuánticos de GaInN, Oscilación de carga capacitiva entre los pozos cuánticos de GaN y GaInN, y haces de ondas acústicas lanzados por la liberación de tensión entre GaN y GaInN. Todas estas funciones se pueden monitorear observando la emisión de THz en el espacio libre. Además, se comprobó que las ondas acústicas que se propagan proporcionan una nueva técnica para evaluar el espesor de la estructura enterrada en dispositivos a la resolución de 10 nm en la escala de obleas, haciendo de la nano-sismología una aplicación LTEM única para dispositivos cuánticos de banda ancha.
Fig. 2 (a) Los MQW intercalados por las capas de GaN se examinan mediante espectroscopía de emisión de THz en el espacio libre. (b) Forma de onda de emisión de terahercios típica de muestras MQW. (crédito:Universidad de Osaka)
El sondeo de estructuras enterradas en dispositivos optoacústicos a una resolución ultra alta es todavía un área de investigación inexplorada. En el presente trabajo, La emisión de THz electromagnética accionada acústicamente en el espacio libre se utiliza para sondear los MQW de GaInN / GaN intercalados en material de GaN (Figura 2 (a)). La dinámica de polarización inducida por láser de los portadores de carga da como resultado una liberación parcial de fonones acústicos coherentes (CAP) en GaInN / GaN MQW. Este pulso CAP que se propaga dentro de un material crea el paquete de ondas de polarización eléctrica asociado. Una vez que el pulso CAP que se propaga encuentra la discontinuidad de la impedancia acústica o la constante piezoeléctrica dentro de la estructura, esto conducirá al cambio transitorio en la polarización eléctrica asociada, que sirve como fuente de emisión electromagnética THz accionada acústicamente en el espacio libre. La separación temporal entre la dinámica de polarización ultrarrápida en GaInN / GaN MQW y la emisión de THz impulsada acústicamente da el espesor del medio de propagación de CAP (nano sismología) (Figura 2 (b)).
El equipo de especialistas organizado para espectroscopia de emisión de THz, ciencia opto-THz, y la ciencia de materiales semiconductores de banda ancha / pozo cuántico ha dado un paso significativo hacia la caracterización dinámica 3D, incluyendo capas activas enterradas en diversos materiales y dispositivos. "Una herramienta activa en 3D para caracterizar la dinámica de las portadoras ultrarrápidas, tensión física, dinámica de fonones, y las respuestas dieléctricas ultrarrápidas a nivel local, sin contacto y de manera no destructiva, se ha convertido en un área esencial de investigación para nuevos materiales y dispositivos. Esperamos que el presente trabajo contribuya a tal evolución, "dice el profesor Masayoshi Tonouchi.
