Giant THz Nonlinearity in Topological and Trivial HgTe-Based Heterostructures

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Tatiana A. Uaman Svetikova - , Professur für Spektroskopie in der Halbleiterphysik (gB/HZDR), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Thales V.A.G. de Oliveira - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Alexej Pashkin - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Alexey Ponomaryov - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Christian Berger - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Lena Fürst - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Florian B. Bayer - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Elena G. Novik - , Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Hartmut Buhmann - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Laurens W. Molenkamp - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Manfred Helm - , Professur für Spektroskopie in der Halbleiterphysik (gB/HZDR), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Tobias Kiessling - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Stephan Winnerl - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Sergey Kovalev - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Georgy V. Astakhov - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)

Abstract

Nonlinear phenomena in the THz spectral domain are important for understanding the optoelectronic properties of quantum systems and provide a basis for modern information technologies. Here, we report a giant THz nonlinearity in high-mobility 2D topological insulators based on HgTe quantum wells, which manifests itself in a highly efficient third harmonic generation. We observe a third harmonic THz susceptibility several times higher than that in bare graphene and many orders of magnitude higher than that in trivial quantum well structures based on other materials. To explain the strong nonlinearity of HgTe-based heterostructures at the THz frequencies, we consider the acceleration of free carriers with a high mobility and variable dispersion. This acceleration model, for which the nonparabolicity of the band dispersion is key, in combination with independently measured scattering time and conductivity, is in good agreement with our experimental data in a wide temperature range for THz fields below the saturation. Our approach provides a route to material engineering for THz applications based on frequency conversion.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)3708-3714
Seitenumfang7
FachzeitschriftACS photonics
Jahrgang10
Ausgabenummer10
PublikationsstatusVeröffentlicht - 18 Okt. 2023
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

Forschungsprofillinien der TU Dresden

Fächergruppen, Lehr- und Forschungsbereiche, Fachgebiete nach Destatis

Schlagwörter

  • 2D systems, HgTe, high harmonic generation, THz spectroscopy, topological insulators, Terahertz-Spektroskopie