Linear And Nonlinear Intersubband Optical Absorptions In Multiple Quantum Wells Under The External Fields

Yıl 2019, Cilt: 40 Sayı: 3, 640 - 649, 30.09.2019

Rana Özbakır

https://doi.org/10.17776/csj.556155

Öz

In this study, the effects of the external fields (electric
and tilted magnetic fields) and well parameters on the optical absorption
coefficients in GaAs/GaAlAs multiple (five) quantum wells under the applied
electric and tilted magnetic fields has been investigated theoretically.
Firstly, the energy eigenvalues and eigen functions of an electron confined in
multiple quantum wells are calculated by analytically from Schrödinger equation
using the transfer matrix method within the effective mass approximation,
Secondly, the linear, nonlinear and total intersubband optical absorptions in
GaAs/GaAlAs multiple quantum wells system are studied within the compact density-matrix
approach. It is shown that the parameters such as strenghts of the external
fields and θ-tilted angle values not only shift the peak positions in
absorption spectrum but also considerably modify their potential heights. In
generally, electronic and optical properties of the quantum wells are very
sensitive to the applied external fields and well parameters. Therefore, we can
conclude that the effect of the external fields can be used to tune and control
the optical properties of interest in the range of the far-infrared
electromagnetic spectrum.

Anahtar Kelimeler

Multiple quantum wells, Optical Properties, Electric Field, Tilted Magnetic Field

Dış Alanlar Altındaki Çoklu Kuantum Kuyularında Lineer ve Lineer Olmayan Band İçi Optik Soğurma

Öz

Bu çalışmada, elektrik ve eğik manyetik alan
altında GaAs/GaAlAs çoklu (beş kuantum kuyusu) kuantum kuyusunda dış alanların
(elektrik ve eğik manyetik alan) ve kuyu parametrelerinin optik soğurma
katsayısı üzerindeki etkileri teorik olarak incelenmiştir. İlk olarak, çoklu
kuantum kuyularında kuşatılmış bir elektronun özdeğer ve özfonksiyonları,
etkin-kütle yaklaşımı ile transfer-matris metodu kullanılarak Schrödinger
denkleminden analitik olarak hesaplanmıştır. İkinci aşamada, GaAs/GaAlAs çoklu
kuantum kuyu sisteminde doğrudan, dolaylı ve toplam bandiçi optik soğurma
çalışılmış ve optik geçişler için kompakt yoğunluk matris yaklaşımı
kullanılmıştır. Dış alan şiddetleri ve θ-eğiklik açıları gibi parametrelerin
sadece soğurma spektrumdaki pik pozisyonlarını kaydırmakla kalmayıp, aynı
zamanda yüksekliklerini de önemli ölçüde değiştirdiği gösterilmiştir.
Genellikle, kuantum kuyularının elektronik ve optik özellikleri, uygulanan dış
alanlara ve kuyu parametrelerine oldukça duyarlıdır. Bu nedenle, dış alanların
etkisini, uzak kızılötesi elektromanyetik spektrum aralığında ilgili optik
özellikleri ayarlamak ve kontrol etmek için kullanılabileceği sonucuna
varabiliriz.

Kaynakça

• [1] Karabulut İ., Atav Ü., Şafak H., Tomak M., Eur. Phys. J. B 55 (2007) 283-288.
• [2] C. Mailhiot, Y.C. Chang, T.C. McGill, Phys. Rev. B 26 (1982) 4449–4457.
• [3] Q. Guo, Y.P. Feng, H.C. Poon, C.K. Ong, Eur. Phys. J. B 9 (1999) 29–36.
• [4] F.Q. Zhao, X.X. Liang, S.L. Ban, Eur. Phys. J. B 33 (2003) 3–8.
• [5] Z.P. Wang, X.X. Liang, X. Wang, Eur. Phys. J. B 59 (2007) 41–46.
• [6] Y.B. Yu, S.N. Zhu, K.X. Guo, Phys. Lett. A 335 (2005) 175–181.
• [7] E. Kasapoglu, H. Sari, I. Sökmen, Surf. Rev. Lett. 13 (2006) 397–401.
• [8] E. Kasapoglu, I. Sökmen, Physica E 27 (2005) 198–203.
• [9] O. Aytekin, S. Turgut, M. Tomak, Physica E 44 (2012) 1612–1616.
• [10] E. Kasapoglu, S. Sakiroglu, F. Ungan, U. Yesilgul, C.A. Duque, I.Sökmen, Physica B 526 (2017) 127-131.
• [11] S. Baskoutas, A.F. Terzis, Physica E 40 (2008) 1367–1370.
• [12] S. Baskoutas, C. Garoufalis, A.F. Terzis, Eur. Phys. J. B 84 (2011) 241–247.
• [13] F. Ungan, E. Kasapoglu, I. Sökmen, Solid State Commun. 151 (2011) 1415–1419.
• [14] E. Rosencher, Ph. Bois, Phys. Rev. B 44, 11315 (1991).
• [15] M.K. Gurnick and T.A. Detemple, IEEE J. Quantum Electron. QE-19, 791 (1983).
• [16] İ. Karabulut, S. Baskoutas, J. Appl. Phys. 103, 073512 (2008).
• [17] C.H. Liu, B.R. Xu, Phys. Lett. A 372, 888 (2008). DOI: 10.1016/j.physleta.2007.08.046
• [18] B. Chen, K.X. Guo, Z.L. Liu, R.Z. Wang, Y.B. Zheng, B. Li, J. Phys.: Condens. Matter 20, 255214 (2008).
• [19] J.C. Maan,Solid-State Sciences,53,edited by G.Bauer, F.Kuchar, H.Heinrich (1984).
• [20] I. Sökmen, H. Sari, S. Elagöz, Y. Ergün, S. Erzin, Superlattices Microstruct. 17, 3 (1995).
• [21] Y. Ergün, I. Sökmen, H. Sari, S. Elagoz, M.C. Arıkan, Semicond. Sci. Technol. 12, 802 (1997).
• [22] R Amca, Y Ergun, I Sökmen, H Sari, Semicond. Sci. Technol. 15, 1087 (2000).
• [23] R. Özbakır, Can. J. Phys. 96, (9), 999–1003 (2018)
• [24] E.M. Goldys, J.J. Shi,Phys. Status Solidi (b), 210, 237 (1998).
• [25] S. Ünlü, İ. Karabulut, H. Safak, Physica E 33, 319 (2006).
• [26] F. Ungan, M. E. Mora-Ramos, C. A. Duque, E. Kasapoglu, H. Sari, I. Sökmen, Superlattices Microstruct. 66, 129 (2014).
• [27] E. Kasapoglu, C. A. Duque, H. Sari, I. Sökmen, The European Physical Journal B, 82, 13 (2011).
• [28] İ. Karabulut, Ü. Atav, H. Safak, M. Tomak, Eur. Phys. J. B 55, 283 (2007).
• [29] B. Chen, K.X. Guo, R.Z. Wang, Z.H. Zhang, Z.L. Liu, Solid State Commun. 149, 310 (2009).
• [30] D. Ahn, S.L. Chuang, IEEE J. Quantum Electron 23, 2196 (1987).
• [31] I. Karabulut, C.A. Duque, Physica E 43, 1405 (2011).
• [32] M.J. Karimi, A. Keshavarz, Superlatt. Microstruct. 50, 572 (2011).