低电子密度Drude材料光学非线性的基于电子的模型
摘要：低电子密度Drude(LEDD)材料，如氧化铟锡(ITO)，因其与CMOS兼容性、独特的接近零介电常数(ENZ)行为和巨大的超快非线性热光响应而受到重视。然而，目前对LEDD材料的电子和光学响应的理解仍然基于对贵金属已知模型的简化扩展，往往没有包括较低电子密度、相对较高的德拜能量和非抛物线带结构之间的相互作用。为了弥补这一知识差距，本研究提供了对LEDD材料非线性电子-热-光响应的全面理解。特别是，我们依赖于最先进的电子动力学建模以及在绝热近似下对LEDD材料在光泵浦下的时变介电函数模型的新导出。我们发现，与贵金属不同，电子温度可以达到费米温度，这种情况下有效化学势显著减小甚至变为负数，从而将Drude金属瞬态转变为半导体。我们进一步证明，LEDD材料的非线性光学响应源于实部介电常数的变化，这是由非热电子的产生引起的。这解决了关于介电常数上升时间的争论，并显示其是瞬间的。在这方面，我们证明将LEDD介电常数称为``饱和''非线性是不合适的，因为其介电常数动力学不源于粒子逆转。最后，我们分析了探测脉冲的动力学，与先前的研究不同，我们与最近实验的结果达成了定量一致性。
作者：Ieng Wai Un and Subhajit Sarkar and Yonatan Sivan
论文ID：2210.08504
分类：Optics
分类简称：physics.optics
提交时间：2023-06-30