Study of intervalley electron scattering in indirect semiconductors using methods of ultrafast laser spectroscopy

Abstract

The thesis is devoted to specific phenomena associated with intervalley scattering of electrons in indirect semiconductors, specifically in diamond and silicon. The first goal is to characterize the effect of the formation of excitons, exciton molecules, and an electron-hole liquid in a diamond crystal on the dynamics of valley polarization of electrons depending on the temperature and the density of excited carriers. Based on previous results, we expect the shortening of the relaxation time of valley polarization caused by many-body phenomena. The measurement of relaxation of valley polarization of electrons is based on an extended pump and probe method with ultrashort laser pulses. The presence of electron-hole liquid is characterized by photoluminiscence spectroscopy. The next goal is the experimental measurement of the anisotropy of the photoconductivity current due to valley-polarized electrons in a silicon sample with electrical contacts. The photocurrent is measured via electrical circuit with electrodes on the sample. The thesis is aimed at the development of valleytronics, a new concept of electronics in which the quantum valley number of electrons is used as an information carrier.

Práce se věnuje specifickým jevům spojeným s meziúdolním rozptylem elektronů v ne- přímých polovodičích, konkrétně v diamantu a křemíku. Prvním cílem je charakterizovat vliv vzniku excitonů, excitonových molekul a elektron-děrové kapaliny v diamantovém krystalu na dynamiku údolní polarizace elektronů v závislosti na teplotě a hustotě vy- buzených nosičů. Na základě předchozích výsledků očekáváme zkracování relaxační doby údolní polarizace způsobené jevy více-částicové interakce. Měření relaxace údolní polari- zace elektronů probíhá na základě rozšířené metody excitace a sondování s ultrakrátkými laserovými pulzy. Přítomnost elektron-děrové kapaliny je charakterizována fotoluminis- cenční spektroskopií. Dalším cílem je experimentální měření anizotropie fotovodivostního proudu v důsledku údolně polarizovaných elektronů v křemíkovém vzorku s elektrickými kontakty. Fotoproud je měřen elektrickým obvodem s elektrodami na vzorku. Práce smě- řuje k realizaci valleytroniky, nového konceptu elektroniky, ve které se jako nosič informace využije kvantové údolní číslo elektronů.