Вышедшие номера
Усиление поля световой волны в ближнем ИК диапазоне тандемными метаструктурами, объединяющими фотонный кристалл и металлические нанодиски
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации , Государственное задание, FWGW-2025-0023
Якимов А.И.1, Блошкин А.А.1
1Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО А, Новосибирск, Россия
Email: andrewyakimov5@gmail.com
Поступила в редакцию: 27 июля 2026 г.
В окончательной редакции: 9 октября 2026 г.
Принята к печати: 16 октября 2026 г.
Выставление онлайн: 16 ноября 2026 г.

Предложен новый подход к повышению квантовой эффективности слабо поглощающих фотодетекторов на основе гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками. Основу подхода составляет концепция тандемных структур с гибридными метаповерхностями, объединяющими фотонный кристалл в виде решетки отверстий на поверхности фотодиода и нанодиски Au, размещенные на дне этих отверстий. Вариация глубины отверстий позволяет управлять положением области локализации плазмонного поля относительно активной среды, что принципиально отличает предложенную геометрию от классических плазмонных фотодиодов с поверхностным расположением металлической пленки. Период расположения отверстий фотонного кристалла составлял 400 nm, диаметр отверстий и Au дисков 220 nm, глубина отверстий варьировалась от 75 до 450 nm. Показано, что максимум поля на длинах волн ~2.5 μm обусловлен возбуждением изолированных локализованных поверхностных плазмонов. Оптический резонанс в области длин волн 1.7 μm связан с генерацией латеральной моды, распространяющейся в слое с квантовыми точками между нанодисками Au и возникающей в результате взаимодействия изолированных поверхностных плазмонов с модами фотонного кристалла. Ключевые слова: оптическая телекоммуникация, квантовые точки Ge/Si, локализованные поверхностные плазмоны, волноводные моды, усиление электромагнитного поля.
  1. K.L. Wang. Proc. IEEE 95, 1866 (2007)
  2. A.V. Dvurechenskii, A.I. Yakimov. In Advances in semiconductor nanostructures / ed. by A.V. Latyshev, A.V. Dvurechenskii, A.L. Aseev. Elsevier, Amsterdam (2017), p. 59
  3. S. Law, V. Podolskiy, D. Wasserman. Nanohotonics 2, 103 (2013)
  4. S.C. Lee, S. Krishna, S.R.J. Brueck. Opt. Express 17, 23160 (2009)
  5. C.-C. Chang, Y. D. Sharma, Y.-S. Kim, J. A. Bur, R.V. Shenoi, S. Krishna, D. Huang, S.-Y. Lin. Nano Lett. 10, 1704 (2010)
  6. R. Liu, P. Vasinajindakaw, G. Gu, J. Vaillancourt, X. Lu. J. Appl. Phys. D: Appl. Phys. 46, 015102 (2013)
  7. H. Liu, Y. Kang, T. Meng, C. Tian, G. Wei. Nanoscale Res. Lett. 15, 98 (2020)
  8. A. Yakimov, V. Kirienko, A. Bloshkin, A. Dvurechenskii, D. Utkin. J. Appl. Phys. D: Appl. Phys. 53, 335105 (2020)
  9. W. Wu, A. Bonakdar, H. Mohseni. Appl. Phys. Lett. 96, 161107 (2010)
  10. G. Gu, J. Vaillancourt, X. Lu. Opt. Express 22, 24970 (2014)
  11. Y. Wu, J. Niu, M. Danesh, J. Liu, Y. Chen, L. Ke, C. Qui, H. Yang. Appl. Phys. Lett. 109, 041106 (2016)
  12. M. Auger-Berger, V. Tretnak, F.-P. Wenzl, J.R. Krenn, E. List-Kratochvil. Appl. Phys. Lett. 111, 173301 (2017)
  13. X. Tang, G.F. Wu, K.W. Lai. J. Mater. Chem. C 5, 362 (2017)
  14. A. Yakimov, V. Kirienko, A. Bloshkin, A. Dvurechenskii, D. Utkin. J. Appl. Phys. 128, 143101 (2020)
  15. W.O.F. Carvalho, J.R. Mejia-Salazar. Sensors 20, 2488 (2020)
  16. W.L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen. Nature 424, 824 (2003)
  17. J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, J.N. Winn, R.D. Meade. Photonic crystals: Molding the flow of light (Princeton University Press, Princeton, 2008)
  18. S.A. Dyakov, M.V. Stepikhova, A.A. Bogdanov, A.V. Novikov, D.V. Yurasov, M.V. Shaleev, Z.F. Krasilnik, S.G. Tikhodeev, N.A. Gippius. Laser Photonics Rev. 15, 2000242 (2021)
  19. H. Saito, H. Kurata. J. Appl. Phys. 117, 133107 (2015)
  20. B. Zhang, Y. Bian, L. Ren, F. Guo, S.-Y. Tang, Z. Mao, X. Liu, J. Sun, J. Gong, X. Guo, T. J. Huang. Sci. Rep. 7, 40479 (2017)
  21. A. Messner, D. Moor, D. Chelladurai, R. Svoboda, J. Smajic, J. Leuthold. APL Photon. 8, 100901 (2023)
  22. A. Yakimov, V. Kirienko, A. Bloshkin, D. Utkin, A. Dvurechenskii. Phys. Status Solidi A, 222, 202500606 (2025)
  23. A. Yakimov, V. Kirienko, A. Bloshkin, D. Utkin, A. Dvurechenskii. Nanomaterials 11, 2302 (2021)
  24. Comsol Multiphysics software. http://comsol.com
  25. А.А. Блошкин, А.И. Якимов. ФТП 59, 235 (2025)
  26. H.H. Li. J. Phys. Chem. Ref. Data 9, 561 (1980)
  27. H. Zhang, N. Kavanagh, Z. Li, J. Zhao, N. Ye, Y. Chen, N. Wheeler, J.Wooler, J. Hayes, S. Sandoghchi. Opt. Express 23, 4946 (2015)
  28. Z. Li, A. Heidt, J. Daniel, Y. Jung, S. Alam, D.J. Richardson. Opt. Express 21, 9289 (2013)
  29. D.J. Richardson. Science 330, 327 (2010)
  30. А.И. Якимов, В.В. Кириенко, А.А. Блошкин, А.В. Двуреченский, Д.Е. Уткин. ФТП 58, 386 (2024).