Поверхностные состояния в мелкослоистой периодической структуре в магнитном поле

Abstract

Исследуются поверхностные электромагнитные волны, локализованные на границе раздела вакуума и мелкослоистой периодической структуры полупроводник–диэлектрик во внешнем магнитном поле. Такая структура представляет собой двухосный кристалл с эффективными компонентами тензора диэлектрической проницаемости, зависящими как от физических параметров структуры, так и от геометрических. Получено и проанализировано дисперсионное соотношение для рассматриваемой системы. Показано, что возникают две области существования поверхностных поляритонов, расположенные выше и ниже плазменной частоты. Кроме того, вследствие специфики мелкослоистой структуры области существования поверхностных волн могут быть условно разделены на области сильной и слабой анизотропии. Установлены характерные частоты и величины внешних магнитных полей, при которых происходит существенное изменение волновых характеристик. Показана возможность эффективного управления частотами поверхностных состояний при помощи внешнего магнитного поля, а также изменением толщин слоев и периода структуры.

Досліджуються поверхневі електромагнітні хвилі, локалізовані на межі розділу вакууму та дрібношарової періодичної структури напівпровідник-діелектрик у зовнішньому магнітному полі. Така структура являє собою двовісний кристал з ефективними компонентами тензору діелектричної проникності, що залежать як від фізичних параметрів структури, так і від геометричних. Вперше отримано та проаналізовано дисперсійне рівняння для розглянутої системи. Показано, що виникають дві області існування поверхневих поляритонів, які розміщені нижче та вище плазменої частоти. Крім того, внаслідок специфіки дрібношарової структури області існування поверхневих хвиль можуть бути умовно поділені на області сильної та слабої анізотропії. Встановлено характерні частоти та величини зовнішнього магнітного поля, поблизу яких відбувається суттєва зміна хвильових характеристик. Показано можливість ефективного управління частотами поверхневих станів за допомогою зовнішнього магнітного поля, а також зміною товщин шарів та періоду структури.

The problem of the surface electromagnetic waves localized at the interface between vacuum and fine-stratified periodic semiconductor-dielectric structure in an external magnetic field is studied. Such a structure represents a biaxial crystal with effective components of permittivity which depend both on physical parameters of the structure and on geometrical parameters. The dispersion equation is derived for the system under consideration. It has been shown, that surface polaritons in such structure exist above and below plasma frequency. Besides, owing to specificity of the fine-stratified structure, areas of surface waves existence can be tentatively divided into areas of strong and weak anisotropy. The characteristic frequencies and magnitudes of external magnetic fields, near which there is a significant change in the characteristics of surface polaritons are derived. The opportunity of efficient control of surface waves frequencies by means of an external magnetic field, thickness of the layers and the period of structure has been shown.