Dispersión de luz por la superficie rugosa de una película excitónica delgada sobre un substrato metálico
N. Atenco-Analco1, F. Pérez-Rodríguez1, J. Madrigal-Melchor2
1 Instituto de Física, Universidad Autónoma de Puebla, Apdo. Post. J-48, Puebla, Pue. 72570, México.
2 Escuela de Física, Universidad Autónoma de Zacatecas, Apdo. Post. C-580, Zacatecas, Zac. 98060, México.
Recibido el 17 de mayo de 2001. ]]> Aceptado el 31 de enero de 2002.
Resumen
Se investiga teóricamente el efecto de la dispersión espacial en una película semiconductora con rugosidad superficial aleatoria, depositada sobre un substrato metálico, sobre el coeficiente de reflexión diferencial. La investigación se realiza cerca de la resonancia excitónica donde la no-localidad es fuerte y conduce a la generación de ondas polaritónicas adicionales. Aplicando una teoría de perturbación a primer orden, calculamos las dependencias angular y de frecuencia del coeficiente de reflexión diferencial para el caso de una rugosidad unidimensional. Los espectros de reflexión difusa de CuCl sobre un metal de Al para luz incidente con polarización s presentan resonancias pronunciadas (picos) en las frecuencias que satisfacen las condiciones Fabry-Perot para los modos polaritónicos adicionales. Estas condiciones corresponden también a la cuantización del movimiento translacional del excitón. Nuestros resultados muestran la utilidad del espectro de reflexión difusa para estudiar la excitación de los modos polaritónicos cuantizados en películas no locales.
Palabras clave: Excitón; dispersión espacial; reflexión difusa; películas semiconductoras delgadas.
Abstract
The effect of the spatial dispersion of a semiconductor film, having a rough free surface and overlying a metal, on the differential reflection coefficient is investigated theoretically. The investigation is carried out near exciton resonance where the nonlocality is strong and leads to the generation of additional polaritonic waves. Applying a first-order perturbation theory, we calculate the angular and frequency dependencies of the differential reflection coefficient for the case of one-dimensional roughness. The spectra of diffuse reflection for CuCl on a Al metal for incident light with s-polarization exhibit pronounced resonances (peaks) at frequencies satisfying Fabry-Perot conditions for the additional polaritonic modes. These conditions also correspond to the size quantization of the exciton's translational motion. Óur results show the usefulness of the spectra of diffuse reflection for studying the excitation of quantized polaritonic modes in nonlocal films.
Keywords: Exciton; spatial dispersion; diffuse reflection; thin semiconductor films.
PACS: 71.35.-y; 78.66.-w; 78.20.-e
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Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado parcialmente por CONACyT a través del proyecto 26184-E.
Referencias bibliográficas
1. Lord Rayleigh, Proc. Roy. Soc. A 79 (1907) 399; [ Links ] Lord Rayleigh, The Theory of Sound (Dover, New York, 1945) (first edition: Macmillan, New York, 1877). [ Links ]
]]>2. F.G. Bass and I.M. Fuks, Wave Scattering from Statistically Rough Surfaces (Pergamon, New York, 1979). [ Links ]
3. J.A. Ogilvy, Theory of Wave Scattering from Random Rough Surfaces (Adam Hilger, Bristol, 1991). [ Links ]
4. A.A. Maradudin, J.Q. Lu, P. Tran, R.F. Wallis, V. Celli, Zu-Han Gu, A.R. McGurn, E.R. Méndez, T. Michel, M. Nieto-Vesperinas, J.C. Dainty, and A.J. Sant, Rev. Mex. Fís. 38 (1992) 343. [ Links ]
5. J. Madrigal-Melchor, F. Pérez-Rodríguez, A. Silva-Castillo, and H. Azucena-Coyotécatl, Fiz. Tverd. Tela (St. Petersburg) 40 (1998) 865 [ [ Links ]Phys. Solid State 40 (1998) 796] [ Links ].
6. J. Madrigal-Melchor, H. Azucena-Coyotécatl, A. Silva-Castillo, and F. Pérez-Rodríguez, Phys. Rev. B61 (2000) 15993. [ Links ]
7. V.A. Kosobukin and A.V. Sel'kin, Solid State Commun. 66 (1988)313. [ Links ]
8. A.A. Maradudin and D.L. Mills, Phys. Rev. B11 (1975) 1392. [ Links ]
9. V. Freilikher, M. Pustilnik, I. Yurkevich, and V.I. Tatarskii, Optics Lett. 19 (1994) 1382. [ Links ]
10. G.H. Cocoletzi and S. Wang, Phys. Rev. B 48 (1993) 17413. [ Links ]
11. N. Atenco-Analco, Tesis de Licenciatura en Física, Universidad Autónoma de Puebla, Puebla (1999).
]]> 12. A. Silva-Castillo, Tesis de Maestría en Física, Universidad Autónoma de Puebla, Puebla (1995).13. P. Halevi, in Spatial Dispersion in Solids and Plasmas, editado por P. Halevi, Electromagnetic Waves-Recent Developments in Research Vol. 1 (Elsevier, Amsterdam, 1992), Chap. 6. [ Links ]
14. L.C. Andreani, in Confined Electrons and Photons: New Physics and Devices, editado por E. Burstein and C. Weisbuch (Plenum Press, New York, 1994), Chap. 2. [ Links ]
15. P. Halevi and G. Hernández-Cocoletzi, Phys. Rev. Lett. 48 (1982) 1500. [ Links ]
16. J.J. Hopfield and D.G. Thomas, Phys. Rev. 132 (1963) 563. [ Links ]
17. Z.K. Tang, A. Yanase, Y. Segawa, N. Matsuura, and K. Cho, Phys. Rev.B 52 (1995) 2640; [ Links ] Z.K. Tang, A. Yanase, T. Yasui, Y. Segawa, and K. Cho, Phys. Rev. Lett. 71 (1993) 1431. [ Links ]
18. J. Lagois and K. Hümmer, Phys. Stat. Sol. (b) 72 (1975) 393. [ Links ]
19. P. Halevi, G. Hernández-Cocoletzi, and J.A. Gaspar-Armenta, Thin Solid Films 89 (1982) 271; [ Links ] J.A. Gaspar-Armenta and P. Halevi, Rev. Mex. Fís. 33 (1988) 599. [ Links ]
20. G. Czajkowski and A. Tredicucci, IL Nuovo Cimento 14 (1992) 1203; [ Links ] Y. Chen, F. Bassani, J. Massies, C. Deparis, and G. Neu, Europhys. Lett. 14 (1991) 483; [ Links ] A. Tredicucci, Y. Chen, G. Czajkowski, and F. Bassani, Journal de Physique IV(Colloque C5, supplement au Journal de Physique II, 3 (1993) 389). [ Links ]
21. B. Flores-Desirena, F. Pérez-Rodríguez, and P. Halevi, Phys. Rev.B 50 (1994) 5404. [ Links ]
22. A. D'Andrea, R. Del Sole, and K. Cho, Europhys. Lett. 11 (1990) 169; A. Tredicucci, Y. Chen, F. Bassani, J. Massies, C. Deparis, and G. Neu, Phys. Rev. B 47 (1993) 10348. [ Links ]
23. H.C. Schneider, F. Jahnke, S.W. Koch, J. Tignon, T. Hasche, D.S. Chemla, Phys. Rev. B 045202 (2001). [ Links ]
24. V.M. Agranovich, V.E. Kravtsov, T.A. Leskova, A.G. Mal'shukov, G.H. Cocoletzi, and A.A. Maradudin, Phys. Rev. B 29 (1984) 976; [ Links ] G.H. Cocoletzi and C.P. López, Solid State Commun. 71 (1989) 453. [ Links ]
]]>25. V.A. Kosobukin, Phys. Status SolidiB 208 (1998) 271. [ Links ]
26. J.M. Elson, Phys. Rev. B30 (1984) 5460. [ Links ]
27. J.M. Melchor, F. Pérez-Rodríguez, J.A. Maytorena, and W.L. Mochán, Appl. Phys. Lett. 71 (1997) 69. [ Links ]
28. J.D. Jackson, Classical Electrodynamics (John Wiley, New York, 1975) (Second Edition). [ Links ]
29. T. Mita and N. Nagasawa, Solid State Commun. 44 (1982) 1003. [ Links ]
]]>30. H. Suzuura, T. Tsujikawa, and T. Tokihiro, Phys. Rev. B 53 (1996) 1294. [ Links ]
31. L. Schultheis and J. Lagois, Phys. Rev. B 29 (1984) 6784. [ Links ]
32. K.V. Shalimova, Física de los Semiconductores (Mir, Moscú, 1975). [ Links ]
33. A. Silva-Castillo and F. Pérez-Rodríguez, J. Appl Phys. 90 (2001) 3662. [ Links ]
]]>