Orbital photocurrents induced by terahertz laser radiation in multi-valley semiconductors

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Series of the University of Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Volume:	22
Date:	14 September 2011
Referee:	Prof. Dr. Sergey D. Ganichev and Prof. Dr. Christian Schüller and Prof. Dr. Christian Back and Prof. Dr. Klaus Richter
Date of exam:	20 July 2011
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Professor Ganichev > Group Sergey Ganichev
Keywords:	Graphene, silicon, valley, THz, photocurrent, spectroscopy, optoelectronics, valleytronics, Circular ac Hall effect, Dynamic Hall effect, valley current, laser, CPGE, LPGE, photogalvanic effect, photon drag effect, nanostructure, MOSFET, helicity, polarization
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	22030

Abstract (English)

The investigation of photo induced electric currents in the terahertz frequency range is a vastly efficient tool for the study of nonequilibrium processes in low-dimensional structures. In this work, non-linear transport phenomena in graphene as well as in silicon – both being multi-valley semiconductors – driven by the free-carrier absorption of electromagnetic radiation are explored. It is ...

Abstract (English)

The investigation of photo induced electric currents in the terahertz frequency range is a vastly efficient tool for the study of nonequilibrium processes in low-dimensional structures. In this work, non-linear transport phenomena in graphene as well as in silicon – both being multi-valley semiconductors – driven by the free-carrier absorption of electromagnetic radiation are explored. It is demonstrated that the individual control of electron fluxes in different valleys can be achieved by the excitation of valley degenerate structures with polarized light. Moreover, the experiments together with theoretical considerations show that the microscopic origins of these currents are mainly orbital mechanisms. Thus, novel models of photocurrents are developed, where the charge carriers' orbital motion is caused by the crossed alternating electric and magnetic field components of the incident radiation. Under asymmetric photoexcitation or relaxation, this may result in a directed electric current.

Translation of the abstract (German)

Die Untersuchung photo-induzierter elektrischer Ströme im Terahertz-Frequenzbereich ist ein äußerst effizientes Werkzeug zur Erforschung von Nichtgleichgewichtsprozessen in niederdimensionalen Strukturen. Diese Arbeit befasst sich mit nichtlinearen Transport-Phänomenen in den Multi-Tal-Halbleitern Graphen und Silizium hervorgerufen durch Absorption langwelliger, elektromagnetischer Strahlung. Es ...

Translation of the abstract (German)

Die Untersuchung photo-induzierter elektrischer Ströme im Terahertz-Frequenzbereich ist ein äußerst effizientes Werkzeug zur Erforschung von Nichtgleichgewichtsprozessen in niederdimensionalen Strukturen. Diese Arbeit befasst sich mit nichtlinearen Transport-Phänomenen in den Multi-Tal-Halbleitern Graphen und Silizium hervorgerufen durch Absorption langwelliger, elektromagnetischer Strahlung. Es wird gezeigt, dass die individuelle Kontrolle des Elektronenflusses in verschiedenen Tälern in der Bandstruktur durch die Anregung von Halbleitern, die durch eine Entartung in deren Tal-Struktur gekennzeichnet sind, sehr effektiv mit polarisiertem Licht erreicht werden kann. Zudem bestätigen die Experimente zusammen mit theoretischen Überlegungen, dass die mikroskopischen Ursprünge dieser Ströme hauptsächlich orbitale Mechanismen darstellen. Daher werden neuartige Modelle dieser Photoströme entwickelt, in denen die orbitale Ladungsträger-Bewegung durch die gekreuzten, oszillierenden elektrischen und magnetischen Feldkomponenten der einfallenden Strahlung verursacht wird. Unter asymmetrischer Photo-Anregung oder Relaxation kann dies zu einem gerichteten, elektrischen Strom führen.

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