Неравновесный отклик низкотемпературных сверхпроводящих пленок на поглощение оптического излучения

Неравновесный отклик низкотемпературных сверхпроводящих

пленок на поглощение оптического излучения

Зотова Анна

План доклада:

• экспериментальное открытие явления• модель эффективного химического потенциала• модифицированная теория разогрева• отклик на пикосекундный импульс• отклик на фемтосекундный импульс• каскад нестационарных процессов• кинетическое описание

Отклик сверхпроводящей пленки на лазерный импульс(первое экспериментальное исследование)

L. R. Testardi, Phys. Rev. B 4, 2189 (1971)

T>TcT<Tc

Pb пленки:• 27.5 нм• Тс: 7.2 К

Импульс:• 40 мкс• λ = 514.5 нм• P = 2 Вт

Модель эффективного химического потенциала

C. S. Owen and D. J. Scalapino, Phys. Rev. Lett. 28, 1559 (1972)

Модифицированная теория разогрева

20 RNNI

dt

dN

TNNNRN

dt

dN

22

2

Уравнения Ротварфа-Тейлора:

W. H. Parker, Phys. Rev. B 12, 3667 (1975)

A. Rothwarf and B. N. Taylor, Phys. Rev. Lett. 19, 27 (1967)

Модифицированная теория разогрева

- зависящая от температуры энергетическая щель в модели БКШ

W. H. Parker, Phys. Rev. B 12, 3667 (1975)

W. H. Parker and W. D. Williams, Phys, Rev. Lett. 29, 924 (1972)

Отклик на пикосекундный импульс

Теория

C. C. Chi, M. M. T. Loy, and D. C. Cronemeyer, Phys. Rev. B 23, 124 (1981)

0.7 < Т/Тс < 0.9 0.2 < Т/Тс < 0.3

Pb:

Отклик на пикосекундный импульс

Pb пленки:• d = 50 – 400 нм

Импульс:• 20 - 50 пс

0.7 < Т/Тс < 0.9

0.2 < Т/Тс < 0.3:

C. C. Chi, M. M. T. Loy, and D. C. Cronemeyer, Phys. Rev. B 23, 124 (1981)

0.7 < Т/Тс < 0.9:

нс1.3

нс5.2

0.2 < Т/Тс < 0.3

Временная эволюция Δ

M. Beck, M. Klammer, S. Lang, P. Leiderer, V. V. Kabanov, G. N. Goltsman, and J. Demsar, Phys. Rev. Lett. 107, 177007 (2011)

NbN пленки:• 10 – 15 нм• Тс: 14.3 – 15.4 К

Отклик на фемтосекундный импульс

Импульс:• 50 фс• λ = 800 нм

Исследование Δ и τrec

M. Beck, M. Klammer, S. Lang, P. Leiderer, V. V. Kabanov, G. N. Goltsman, and J. Demsar, Phys. Rev. Lett. 107, 177007 (2011)

Каскад нестационарных процессов

εЕ0 Е2 ~ Δ

ph

cp cp

qp

qp qp qp

qp

qp

cp

cpqp

qp

qp

I II III

ΩD

Yu. N. Ovchinnikov and V. Z. Kresin, Phys. Rev. B 58, 12 416 (1998)

E1 < ε < E0

• доминирующее взаимодействие – e-e

Кинетическое описание

2

tNtnIdt

tdn ph ,,,,

1

tNtnIdt

tdN ph ,,,2/1,

1

εЕ1 Е2 ~ ΔΩD Ω1

A. G. Kozorezov et al., Phys. Rev. B 61, 11 807 (2000)

11

11

BR

II. E2 < ε < E1

a. ΩD < ε < E1

• e-ph взаимодействие становится быстрее, чем e-e• к концу каскада энергия фононной подсистемы существенно превышает энергию электронной подсистемы• в функции распределения фононов возникает узкий пик – так называемый “фононный пузырек”

A. G. Kozorezov et al., Phys. Rev. B 61, 11 807 (2000)

1 ee

1s

III. ε ~ E2

b. Ω1 < ε < ΩD

• стадия начинается с “фононного пузырька”• кинетика системы контролируется медленно меняющимся фононным распределением• распределение квазичастиц подстраивается мгновенно в соответствии с изменениями распределения фононов• энергия фононной подсистемы убывает медленно• средняя энергия квазичастиц уменьшается, полная энергия сохраняется количество квазичастиц увеличивается

•энергии подсистем приблизительно совпадают

qpqp

cp

qp qp

ph

phph

c. E2 < ε < Ω1

• изменения системы контролируются электронной подсистемой• на этом временном масштабе фононы разрушают куперовские пары мгновенно• фононы - посредники в релаксации квазичастиц

11

11

BR