論文の概要: Theory of the in-plane photoelectric effect in two-dimensional electron systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.15932v3
• Date: Tue, 23 Aug 2022 12:08:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-09 22:51:54.736694
• Title: Theory of the in-plane photoelectric effect in two-dimensional electron systems
• Title（参考訳）: 二次元電子系における面内光電効果の理論
• Authors: S. A. Mikhailov, W. Michailow, H. E. Beere, D. A. Ritchie
• Abstract要約: 新たな光電現象である、面内光電効果(IPPE)は、最近、GaAs/Al$_x$Ga$_1-x$Asヘテロ構造においてテラヘルツ周波数(THz)で発見された。 本稿では、THz波発生光電流、量子効率、検出器の内部応答性の解析結果を提供するIPPE効果の詳細な理論について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A new photoelectric phenomenon, the in-plane photoelectric (IPPE) effect, has been recently discovered at terahertz (THz) frequencies in a GaAs/Al$_x$Ga$_{1-x}$As heterostructure with a two-dimensional (2D) electron gas (W. Michailow et al., Sci. Adv. \textbf{8}, eabi8398 (2022)). In contrast to the conventional PE phenomena, the IPPE effect is observed at normal incidence of radiation, the height of the in-plane potential step, which electrons overcome after absorption of a THz photon, is electrically tunable by gate voltages, and the effect is maximal at a negative electron ``work function'', when the Fermi energy lies above the potential barrier. Based on the discovered phenomenon, efficient detection of THz radiation has been demonstrated. In this work we present a detailed theory of the IPPE effect providing analytical results for the THz wave generated photocurrent, the quantum efficiency, and the internal responsivity of the detector, in dependence on the frequency, the gate voltages, and the geometrical parameters of the detector. The calculations are performed for macroscopically wide samples at zero temperature. Results of the theory are applicable to any semiconductor systems with 2D electron gases, including III-V structures, silicon-based field effect transistors, and the novel 2D layered, graphene-related materials.
• Abstract（参考訳）: 2次元(2次元)電子ガス(W)を持つGaAs/Al$_x$Ga$_{1-x}$Asヘテロ構造におけるテラヘルツ(THz)周波数で、新しい光電現象、IPPE効果が最近発見された。 ミハイローとal.、sci。 adv。 textbf{8}, eabi8398 (2022)。 従来のPE現象とは対照的に、IPPE効果は通常の放射線発生時に観測され、THz光子の吸収によって電子が克服される面内電位ステップの高さは、ゲート電圧によって電気的に調整可能であり、フェルミエネルギーが電位障壁より上にある場合、負の電子 ``ワーク関数'' で最大となる。 この発見に基づいて、THz放射の効率的な検出が実証された。 本稿では, THz波発生光電流, 量子効率, 検出器の内部応答性について, 周波数, ゲート電圧, および検出器の幾何学的パラメータに依存する解析結果を提供するIPPE効果の詳細な理論を提案する。 この計算は、ゼロ温度でマクロ的に広いサンプルに対して行われる。 理論の結果は、III-V構造、シリコンベースの電界効果トランジスタ、新しい2D層状グラフェン関連材料を含む2次元電子ガスを持つ半導体系に適用できる。

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