Study of electronic phenomena in strongly correlated systems by use of ultrashort laser pulses

Το κεντρικό θέμα αυτής της διατριβής είναι η μελέτη του διοξειδίου του βαναδίου (VO2), ενός ισχυρώς συζευγμένου οξειδίου μεταβατικού μετάλλου και πως οι οπτικές του ιδιότητες επηρεάζονται από τις προσμίξεις. Το συγκεκριμένο υλικό έχει τύχει μεγάλης προσοχής λόγω της, κοντά στη θερμοκρασία δωματίου, κρίσιμης θερμοκρασίας μετάβασης του η οποία είναι πολλά υποσχόμενη για εφαρμογές. Η μετάβαση μπορεί να προκληθεί και με οπτική διέγερση. Θέλουμε να εκτιμήσουμε τη δυνατότητα για χρήση του υλικού ως οπτικό διακόπτη στο ορατό. Δυο υμένια μελετώνται, ένα VO2 και ένα με προσμίξεις μαγνησίου με σκοπό τη μελέτη αλλαγών που επιφέρουν οι προσμίξεις στην οπτική απόκριση του συστήματος. Η δυναμική οπτική απόκριση των υλικών εκτιμήθηκε με χρήση χρόνο-αναλυόμενης οπτικής μικροσκοπίας με χρήση υπερβραχέων παλμών λέιζερ.Η αντικατάσταση μαγνησίου στις ατομικές θέσεις του πλέγματος διαταράσσει τη μοναδιαία κυψελίδα και στις δυο φάσεις, μειώνοντας τις διαφορές τους και έτσι διευκολύνοντας τη μετάβαση. Μελετούμε τη δυναμική απόκριση από ανάκλαση και διέλευση από τα υμένια, με χρήση ροής ενεργειών (fluence) διέγερσης 0.3, 1.0 και 2.6mJ/cm^2, ώστε να καταγράψουμε τη συμπεριφορά των υλικών και στις δυο φάσεις. Τα υμένια παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές στην απόκριση τους. Η μετρήσεις υψηλής ροής ενέργειας δείχνουν μείωση της ανακλαστικότητας και στα δυο υμένια, αλλά ένα πλατό παρουσιάζεται στο χρονικό παράθυρο ανίχνευσης των 5ps του δείγματος με τις προσμίξεις. Αυτό υποδηλώνει πως το ντοπαρισμένο υμένιο έχει ολοκληρώσει τη μετάβαση γρηγορότερα. Αυτή η συμπεριφορά είναι πιο έντονη στην διαπερατότητα των υμενίων, όπου το ντοπαρισμένο υμένιο φαίνεται να εξελίσσεται γρήγορα προς ένα πλατό. Αυτή η ταχεία, πιο γρήγορη από 2ps, απόκριση, σε συνδυασμό με μια μη-γραμμική αλλαγή στη διαπερατότητα έχει απήχηση σε εφαρμογές που προϋποθέτουν υπερταχεία οπτική εναλλαγή.Επιπλέον, έγιναν μελέτες σε τρισδιάστατους φωτονικούς κρυστάλλους μορφολογίας woodpile εμπλουτισμένους με κβαντικές τελείες θειούχου καδμίου, σε μια προσπάθεια να ερευνηθεί πως οι προσθήκες επηρεάζουν τα φωτονικά χάσματα. Αυτά τα υβριδικά υλικά έχουν φωτονικές ζώνες αποκοπής στο ορατό. Χρόνο-αναλυόμενες μετρήσεις διαπερατότητας καταγράφηκαν. Για χαμηλής ενέργειας διέγερση, παρατηρήθηκε πτώση της οπτικής πυκνότητας για μια ευρεία περιοχή μηκών κύματος κάτω από τη ζώνη χάσματος. Η διαπερατότητα της δομής αυξάνεται. Αυτή η συμπεριφορά αποδίδεται σε μη-γραμμική απορρόφηση. Αντιθέτως, διέγερση με υψηλή ενέργεια άντλησης δείχνει θετική αλλαγή στην οπτική πυκνότητα, υποδεικνύοντας πτώση της διαπερατότητας. Μείωση στη διαπερατότητα υποδηλώνει θεμελιώσεις αλλαγές στην απόκριση του συστήματος λόγο του παλμού άντλησης. Αυτές οι αλλαγές πιθανώς οφείλονται σε μια μετακίνηση του φωτονικού χάσματος λόγω της άντλησης. Αυτή η υπερταχεία δυναμική απόκριση είναι επίσης πιθανώς χρήσιμη για οπτική εναλλαγή στο ορατό.