Гистерезис нелинейной восприимчивости второго порядка в кремнии

Ларин А.О., Ермина А.А., Жарова Ю.А., Зуев Д.А.

Ссылка для цитирования:

Ларин А.О., Ермина А.А., Жарова Ю.А., Зуев Д.А. Гистерезис нелинейной восприимчивости второго порядка в кремнии // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 3. С. 33–39. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-03-33-39

Larin A.O., Ermina A.A., Zharova Yu.A., Zuev D.A. Second-order nonlinear susceptibility hysteresis in silicon bulk crystal [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 3. P. 33–39. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-03-33-39

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Эффект электро-индуцированной генерации второй гармоники в монокристаллическом кремнии с наночастицами золота на поверхности. Цель работы. Создание гибридных наноструктур на основе монокристаллического кремния с наночастицами золота на поверхности полупроводника и демонстрация оптического гистерезиса в процессе генерации второй гармоники от кремния в отсутствии и присутствии металлических наночастиц, поддерживающих плазмонный резонанс. Метод. Конфокальная лазерная сканирующая спектроскопия генерации второй гармоники с источником фемтосекундных лазерных импульсов на длине волны 1047 нм. Основные результаты. Созданы гибридные наноструктуры на основе монокристаллического кремния с наночастицами золота на поверхности полупроводника, а также обнаружено усиление сигнала второй гармоники и проявление петли гистерезиса на графике зависимости сигнала генерации второй гармоники от мощности излучения возбуждения, получены спектральные характеристики рассеяния исследуемых структур. Практическая значимость. Массив гибридных наноструктур может быть использован в качестве элемента с эффектом оптической энергонезависимой памяти.

Ключевые слова:

генерация второй гармоники, кремний, поверхностные ловушки, эффект памяти, гистерезис

Коды OCIS: 210.4680, 190.0190, 190.2620

Список источников:

Youngblood N., Rios Ocampo C.A., et al. Integrated optical memristors // Nature Photon. 2023. V. 17. № 7. P. 561–572. https://doi.org/10.1038/s41566-023-01217-w
Форш П.А., Стремоухов С.Ю., Фролова А.С. и др. Квантовые мемристоры — новый подход к нейроморфным вычислениям // УФН. 2024. Т. 194. № 9. С. 905–916. https://doi.org/10.3367/UFNr.2024.06.039698

Forsh P.A., Stremoukhov S.Yu., Frolova A.S., et al. Quantum memristors: A new approach to neuromorphic computing // Physics-Uspekhi. 2024. V. 67. № 9. P. 855–865. https://doi.org/10.3367/UFNe.2024.06.039698
1. Karabchevsky A., Katiyi A., Ang A.S., et al. On-chip nanophotonics and future challenges (Active and Passive) // Nanophotonics. 2020. V. 9. № 12. P. 3733–3753. https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0204
2. Girtan M. Is photonics the new electronics? // Materials Today. 2014. V. 17. № 3. P. 100–101. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2014.03.003
3. Parra J., Olivares I., Brimont A., et al. Toward nonvolatile switching in silicon photonic devices // Laser & Photon. Rev. 2021. V. 15. № 6. P. 2000501. https://doi.org/10.1002/lpor.202000501
4. Pavesi L. Thirty years in silicon photonics: A personal view // Frontiers in Phys. 2021. V. 9. P. 786028. https://doi.org/10.3389/fphy.2021.786028
5. Li R., Gong Y., Huang H., et al. Photonics for neuromorphic computing: Fundamentals, devices, and opportunities // Adv. Mater. 2025. V. 37. № 2. P. 2312825. https://doi.org/10.1002/adma.202312825
6. Marunchenko A., Kumar J., Kiligaridis A., et al. Memlumor: A luminescent memory device for energy-efficient photonic neuromorphic computing // ACS Energy Lett. 2024. V. 9. № 5. P. 2075–2082. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c00691
7. Amiri S., Miri M. Ultra-fast GST-based optical neuron for the implementation of integrated photonic neural networks // Opt. Continuum. 2024. V. 3. № 7. P. 1061–1080. https://doi.org/10.1364/OPTCON.526057
8. Wen Y., Cao Y., Ren H., et al. Ferroelectric optical memristors enabled by non-volatile electro-optic effect // Adv. Mater. 2025. P. 2417658. https://doi.org/10.1002/adma.202417658
9. Sun Y., Larin A., Mozharov A., et al. All-optical generation of static electric field in a single metal-semiconductor nanoantenna // Light: Sci. & Applications. 2023. V. 12. № 1. P. 237. https://doi.org/10.1038/s41377-023-01262-8
10. Aktsipetrov O.A., Fedyanin A.A., Mishina E.D., et al. dc-electric-field-induced second-harmonic generation in Si (111)-SiO₂-Cr metal-oxide-semiconductor structures // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. № 3. P. 1825–1832. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.1825
11. Winau D., Koch R., Führmann A., et al. Film growth studies with intrinsic stress measurement: Polycrystalline and epitaxial Ag, Cu, and Au films on mica (001) // J. Appl. Phys. 1991. V. 70. № 6. P. 3081–3087. https://doi.org/10.1063/1.349313
12. He X., Liu S., Li S., et al. Si/Au hybrid nanoparticles with highly efficient nonlinear optical emission: Implication for nanoscale white light sources // ACS Appl. Nano Mater. 2022. V. 5. № 8. P. 10676–10685. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c01982
13. Mihaychuk J.G., Bloch J., Liu Y., et al. Time-dependent second-harmonic generation from the Si-SiO₂ interface induced by charge transfer // Opt. Lett. 1995. V. 20. № 20. P. 2063–2065. https://doi.org/10.1364/OL.20.002063
14. Gavrilenko V.I., Rebentrost F. Nonlinear optical susceptibility of the surfaces of silicon and diamond // Surface Sci. 1995. V. 331. P. 1355–1360. https://doi.org/10.1016/0039-6028(95)00296-0
- Wynne J.J. Optical third-order mixing in GaAs, Ge, Si, and InAs // Phys. Rev. 1969. V. 178. № 3. P. 1295–1303. https://doi.org/10.1103/PhysRev.178.1295