二次谐波生成:半导体电介质接口的强大非破坏性表征技术 Irina Ionica a 、Dimitrios Damianos a 、Anne Kaminski-Cachopo a 、Danièle Blanc-Pélissier b 、Gerard Ghibaudo a 、Sorin Cristoloveanu a 、Lionel Bastard a 、Aude Bouchard a 、Xavier Mescot a、Martine Gri a、Ming Lei c、Brian Larzelere c 和 Guy Vitrant aa Univ。格勒诺布尔阿尔卑斯,CNRS,格勒诺布尔-INP,IMEP-LAHC,38000 格勒诺布尔,法国 b INL-UMR 5270,里昂国立应用科学学院,7 avenue Jean Capelle,69621 维勒班,法国 c FemtoMetrix,1850 East Saint Andrew Place,加利福尼亚州圣安娜 92705,美国。二次谐波产生 (SHG) 被证明是一种非常有前途的介电体-半导体界面表征技术,因为它灵敏、无损,可在晶圆处理的不同阶段直接应用于晶圆。该方法基于非线性光学效应,测量包含介电体-半导体界面处“静态”电场的信号,该信号与氧化物电荷 Q ox 和界面态密度 D it 直接相关。从 SHG 测量中提取 Q ox 和 D it 的一般方法需要 (i) 根据通过经典电学方法获得的参数进行校准和 (ii) 建模以捕捉影响 SHG 信号的光传播现象。在本文中,我们基于对如何利用 SHG 进行半导体电介质表征的最新进展的回顾来讨论这些问题。简介半导体上电介质堆栈在微纳电子、光伏 (1)、图像传感器 (2)、生物化学传感器等许多应用领域的设备中无处不在。在每种情况下,界面的电质量对设备的性能都有很大的影响。通常使用两个参数来确定这种界面的电质量:固定氧化物电荷密度 Q ox 和界面态密度 D it 。大多数时候,这些参数是通过电测量(例如电流、电容、噪声 (3))获取的,然后采用适当的提取方法并在专门制造的测试设备上实施(例如:金属氧化物半导体 - MOS 电容或晶体管)。一些其他方法可以直接在晶圆级实施,而无需任何额外的测试设备制造步骤,例如:半导体的电晕-开尔文特性 (4)、通过光电导或光致发光衰减测量进行的载流子寿命提取 (5)。除了无需任何额外步骤即可直接在晶圆上进行探测的可能性之外,选择最适合的测量方法的标准还包括灵敏度、非破坏性、区分 D it 和 Q ox 的能力、提供高空间分辨率的能力。可以满足所有这些标准的最新技术是二次谐波产生 (SHG) (6),基于非线性光学效应。
摘要 本研究介绍了专门设计用于放大二次谐波产生 (SHG) 信号的先进等离子体纳米粒子的开发。这种创新方法的核心在于金和银纳米粒子与 DNA 的战略整合,这种协同作用经过精心设计,可充分利用 DNA 卓越的非线性光学特性以及金和银的等离子体共振。与传统的等离子体材料(如石墨烯、硅和金属本身)不同,我们的设计不仅利用 DNA 作为结构元素,还利用 DNA 作为 SHG 的动态增强剂,因为它在纳米尺度上具有无与伦比的光子吸收和相互作用能力。通过先进的基于 DNA 的建模和模拟,我们引入了一种新颖的纳米粒子架构,该架构经过优化,可超越当前的 SHG 效率基准,而无需结合气体传感功能。这一突破不仅标志着非线性光学领域的重大飞跃,而且为生物分子成分在增强等离子体现象中的应用开辟了新途径。关键词:等离子体、纳米粒子、DNA、二次谐波产生、SHG、非线性光学简介在非线性光学领域中,二次谐波产生 (SHG) 的探索呈现出丰富的科学研究和技术创新前景。作为非线性光学过程的基础,SHG 能够将两个相同频率的光子合并为一个频率加倍的光子,从而有效地使光频率加倍,从而引起了人们的兴趣。SHG 的这种独特属性对广泛的应用领域具有关键意义,从增强激光源能力到革命性的成像技术。它有可能在显微镜中提供卓越的分辨率,促进对复杂分子结构的研究,并推动突破性光子器件的创造,这凸显了它在科学界引起的巨大关注[1-5]。
*通讯作者:Muyi Yang,固态物理研究所,弗里德里希·席勒大学Jena,Max-Wien-Platz 1,07743 Jena,德国;弗里德里希·席勒(Friedrich Schiller)大学Jenafriedrich Schiller大学耶拿(Jena),Albert-Einstein-STR的ABBE光子学中心应用物理学研究所。15,07745德国耶拿;和Max Planck Photonics,Hans-Knöll-Straße1,07745德国Jena,电子邮件:muyi.yang@uni-jena.de。https://orcid.org/0000-0002-1738-4536 Maximilian A. Weissflog,应用物理研究所,Abbe Photonics,Friedrich Schiller University,Albert-Einstein-STR。15,07745德国耶拿;以及汉斯·斯特拉斯(Hans-Knöll-Straße)1,07745德国耶拿(Jena),麦克斯·普朗克(Max Planck)光子学院。https://orcid.org/0000-0002-3091-1441 Zlata Fedorova,固态物理研究所,弗里德里希·施莱尔·史列尔(Friedrich Schiller Uni-Cersity Jena),Max-Wien-Platz 1,07743 Jena,德国Jena,德国;和应用物理研究所,Abbe光子学中心,弗里德里希·席勒大学(Friedrich Schiller)大学耶拿,阿尔伯特·恩斯坦 - 斯特(Albert-Einstein-STR)。15,07745德国耶拿,安吉拉·贝雷达(Angela I. Barreda),固态物理研究所,弗里德里希·席勒(Friedrich Schiller Uni-Cersity),耶拿(Jena),马克斯 - 韦恩·普拉茨(Max-Wien-Platz)1,07743德国耶拿(Jena);弗里德里奇(Friedrichschilleruniversityjena),阿尔伯特·埃因斯坦(Albert-Einstein-STR),弗里德里希(Friedrichschilleruniversityjena)应用物理学研究所。15,07745德国耶拿;以及AVDA马德里大学卡洛斯三世分校的展示和光量应用程序。de la大学,30岁,莱加纳,28911马德里,西班牙,斯特凡·伯纳,应用物理研究所,阿贝·光子学院,弗里德里希·席勒大学耶拿,阿尔伯特·史特恩·斯特林。15,07745德国耶拿;和麦克斯·普朗克(Max Planck)摄影学院,汉斯·斯特拉斯(Hans-Knöll-Straße)1,07745德国耶拿(Jena)15,07745 Jena,Ger-许多Falk Eilenberger和Thomas Pertsch,Applied Physics研究所,Abbe Photonics,弗里德里希·席勒大学Jena,Albert- Einstein-STR。15,07745德国耶拿; Max Planck Photonics,Hans-Knöll-Straße1,07745 Jena,德国;和弗劳恩霍夫(Fraunhofer)应用光学和精密工程IOF,Albert-Einstein-Straße7,07745 Jena,德国伊萨贝尔·斯塔德(Isabelle Staude),固体状态研究所,弗里德里希·施莱尔·施莱尔·席勒(Friedrich Schiller Uni-Versity)弗里德里奇(Friedrichschilleruniversityjena),阿尔伯特·埃因斯坦(Albert-Einstein-STR),弗里德里希(Friedrichschilleruniversityjena)应用物理学研究所。
非线性介电元面积提供了一种有希望的方法来控制和操纵纳米级的频率转换过程,从而促进了基础研究的进步以及在光子学,启动和感应中的新实践应用的发展。在这里,我们采用了由中心的非定形硅制成的对称性交叉的元面积,以共同增强二阶和三阶非线性光学响应。在连续和引导模式的共振中利用光学准结合状态的丰富物理学,我们通过严格的数值计算全面研究表面和批量效应对第二谐波产生(SHG)的相对贡献,以及对来自meta-atoms的第三谐波发电(THG)的大量贡献。接下来,我们在实验上实现了具有高质量因素的光学共振,这极大地增强了轻度相互作用,导致SHG增强功能约为550倍,THG增加了近5000倍。观察到理论预测与实验测量之间的良好一致性。为了对所研究的非线性光学过程的物理学进行更深入的见解,我们进一步研究了非线性发射与跨表面的结构不对称之间的关系,并揭示了由线性敏锐的共振产生的产生的谐波信号非常依赖于元元素的非元元素。我们的工作提出了一项富有成果的策略,以增强谐波产生并有效地控制全dielectric Metasurfaces的不同顺序谐波,从而能够发展有效的有效的主动光子Nan-osevices。
摘要:在本文中,我们在分布式光学传感器领域进行了全面概述,用于氢复合压力容器的结构健康监测。特别是,我们演示了将光学传感器的整合到组合压力容器中如何提高安全性,同时降低维护成本。少量的光纤维可以使其在制造过程中的复合结构中进行集成,从而可以在使用寿命期间连续进行结构性检测和确切的检测和定位。我们还讨论了最先进的信号处理方法和机器学习的潜力,以推进预测性维护。我们的纤维视感传感器的应用表明了它们的潜力,可以显着贡献向可再生能源的能量过渡。
人类健康是由遗传学(G)和环境(E)决定的。这在暴露于同一环境因素的个体中清楚地说明了这一点。尚未开发出基因 - 环境相互作用(GXE)效应的定量度量,在某些情况下,甚至还没有就该概念达成明确的共识。例如,癌症是否主要来自“运气不好”还是“糟糕的生活方式”。在本文中,我们提供了一组GXE相互作用的示例,作为发病机理的驱动因素。我们强调了epige-netic法规如何代表分子碱基的共同连接方面。我们的论点收敛于GXE记录在细胞表观基因组中的概念,该概念可能代表了解宣告这些多半复杂的调节层的关键。开发一个解码此表观遗传信息的钥匙将提供疾病风险的定量度量。类似于引入估计生物年龄的表观遗传时钟,我们挑衅地提出了“表观遗传评分表”的理论概念,以估计疾病风险。
开发替代计算平台一直是物理学的一个长期目标,随着传统晶体管接近微型化极限,这成为一个特别紧迫的问题。一个潜在的替代范式是储存器计算,它利用未知但高度非线性的输入数据转换来执行计算。这样做的好处是,许多物理系统恰好表现出作为储存器所必需的非线性输入输出关系类型。因此,阻碍硅电子学进一步发展的量子效应成为储存器计算机的优势。在这里,我们证明,即使是物质的最基本成分——原子——也可以充当计算的储存器,其中所有输入输出处理都是光学的,这要归功于高次谐波产生 (HHG) 现象。提出了一种用于分类问题的单原子计算机原型,其中分类模型被映射到全光学设置,并选择线性滤波器以对应于训练模型的参数。我们通过数字证明,这种“全光学”计算机可以成功执行分类任务,并且其准确度在很大程度上取决于动态非线性。这可能为开发千兆赫信息处理平台铺平道路。
我们介绍了在石墨烯量子点 (GQD) 中通过强双频圆形激光场得出的高阶波混频/谐波产生 (HWM/HHG) 与多体相互作用过程的数值研究结果。展示了这种激光场的相对相位对 GQD 中产生的高阶谐波光谱的影响。这可能允许控制产生的谐波的极化。GQD 由最近邻紧束缚 (TB) 模型描述。在扩展的 Hubbard 近似中考虑多粒子相互作用。我们使用我们已经应用的方法求解带电载流子的现场表示中的量子动力学方程,并获得了 GQD 中高阶波混频/谐波产生过程的通用公式。由于光波点系统的对称性匹配,HWM/HHG 产量的显着提高发生在具有特定群对称性的 GQD 中。对所得结果的分析证实了在双频圆形激光场的某些相位下,具有锯齿状边缘的三角形和六边形GQDs中的HWM/HHG具有足够的效率。
我们展示了高阶波混频/高次谐波产生(HWM/HHG)的数值研究结果,其中考虑了石墨烯量子点(GQD)中双频圆形强激光场引起的多粒子相互作用过程。显示了这种激光场的相对相位对 GCT 中产生的高阶谐波光谱的影响。这可以控制产生的谐波的极化。 GCT 由紧密耦合的最近邻 (TN) 模型描述。扩展哈伯德近似考虑了多粒子相互作用。我们利用已经应用的方法来解决带电载流子局部表示中的量子动力学方程,并获得了 GQD 中 SVV/SHG 过程的一般公式。对所得结果的分析证实了在双频圆形激光场的某些相位下,具有锯齿状边缘的三角形和六边形GCT中SHG具有足够的效率。