Возбуждение низкочастотной моды межкраевого магнитоплазмона протекающим постоянным током / Петров А.С., Свинцов Д.А.

Первое наблюдение краевых плазменных мод в двумерных электронных системах (ДЭС)относится к 1985 году [1]. Их теоретическое описание опирается на самосогласованное решениеуравнений электростатики и гидродинамики электронной жидкости. Точное решение этой задачибыло получено Волковым и Михайловым с помощью весьма громоздкого метода Винера-Хопфа[2,3], который ещё более усложняется в случае систем с координатно-зависимой недиагональнойпроводимостью (систем с дрейфом или вязкостью) [4].Вследствие этого, исследования влияния дрейфа на спектр (меж)краевых мод производилисьранее лишь в моделях с упрощённой электростатикой [5,6]. Эти модели предсказывали, что краевыемоды существуют только при ненулевой скорости электронного дрейфа, а их спектр носит характербелого шума. Поэтому считалось, что краевые моды подавляют резонансное возбуждение‘нормальных’ (некраевых) мод в плазмонных источниках терагерцового (ТГц) излучения и уширяютспектр излучения [7].В настоящей работе мы определяем влияние дрейфа на спектр межкраевых плазменных мод,исходя из точных моделей [2,3]. Для решения задачи мы используем разработанный намипертурбативный подход [8,9], основанный на применении методов квантово-механической теориивозмущений к уравнениям электронной гидродинамики, записанным в операторной форме. Этотподход впервые позволяет в рамках единого подхода описать влияние электронного дрейфа,магнитного поля, вязкости, затухания, кривизны Берри и возмущений граничных условий на спектрколебаний плазмонов (в т.ч. краевых) в ДЭС с произвольным окружением контактов.В качестве наглядного объекта для исследований мы выбрали низкочастотную модумежкраевого магнитоплазмона [3] (LIEMP, Lower mode of Inter-Edge MagnetoPlasmon). В пределеслабых магнитных полей её спектр пропорционален циклотронной частоте, а амплитудаэкспоненциально спадает внутрь каждой из соприкасающихся ДЭС, что делает расчёт матричныхэлементов оператора дрейфа по теории возмущений предельно простым. Мы обнаружили, чтолинейная по дрейфу поправка к спектру LIEMP является чисто мнимой (что соответствуетнарастанию/затуханию волн) и пропорциональной волновому вектору и разности концентрацийносителей в соседних ДЭС.Таким образом, мы показываем, что дрейф носителей может приводить к самовозбуждению(меж)краевых плазменных мод в ДЭС с чётко определённым спектром. Это делает возможнымсоздание резонансных источников ТГц излучения на краевых модах, причём в случае LIEMP спектризлучения может плавно регулироваться внешним магнитным полем, не превышающим 1 Т.