Electron tunneling in coupled semiconductor nanostructures triggered by plasmon resonance at terahertz frequencies
Project goals
Electron transport in nanostructures frequently exhibits quantum signatures, which may be advantageous for the design of novel types of nanometer-sized electronic devices. We propose to identify, observe and characterize a potentially strong quantum effect: electron tunneling between semiconductor nanoparticles over a nanometer-sized gap, induced by the plasmon resonance at THz frequencies. Unlike in metals, the period of plasmon oscillation in a semiconductor nanoparticle is much longer than the tunneling time, therefore we aim at exploration of a coupling mechanism not yet described in the literature. We will consider a prototypical system of two coupled nanoparticles and we will develop a theoretical model for its description, including energy quantization, tunneling and field enhancement close to the nanoparticle surface. Quantitative interpretation of the spectra measured using THz scattering SNOM technique with high spatial and temporal resolution will be developed to facilitate a direct comparison with the theoretical models.
Keywords
photoconductivityultrafast spectroscopyterahertzcharge transporteffective medium theoryquantum confinementplasmontunneling
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202300001
Main participants
Univerzita Karlova / Matematicko-fyzikální fakulta
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
23-05640S
Alternative language
Project name in Czech
Tunelování elektronů v interagujících polovodičových nanostrukturách ovládané rezonancí plasmonu na terahertzových frekvencích
Annotation in Czech
Elektronový transport v nanostrukturách může vykazovat známky kvantového chování. Tyto jevy mohou být výhodně využity, pokud je zahrneme do návrhu elektrického obvodu s nanometrovými rozměry jeho komponent. Navrhujeme proto identifikovat, pozorovat a charakterizovat potenciálně silný kvantový jev - tunelování elektronu mezi polovodičovými nanočásticemi přes mezeru o nanometrovém rozměru, které je podpořeno rezonancí plasmonu na THz frekvenci. Perioda oscilace plasmonu v polovodičové nanostruktuře je na rozdíl od kovů mnohem delší než tunelovací čas, máme proto za cíl prozkoumat mechanismus, který zatím nebyl v literatuře popsán. Budeme uvažovat modelový systém dvou interagujících nanočástic a vytvoříme jeho teoretický model se zahrnutím kvantování energie, tunelování a rezonantního zesílení pole blízko povrchu. Pro přímé srovnání teoretických předpovědí s experimentem navrhneme postup pro kvantitativní interpretaci spekter změřených s pomocí THz s-SNOM metody s vysokým časovým a prostorovým rozlišením.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
10302 - Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
OECD FORD - secondary branch
10306 - Optics (including laser optics and quantum optics)
OECD FORD - another secondary branch
—
BH - Optics, masers and lasers
BM - Solid-state physics and magnetism
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2023
Realization period - end
Dec 31, 2025
Project status
K - Ending multi-year project
Latest support payment
Feb 29, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
9,934 thou. CZK
Public financial support
9,598 thou. CZK
Other public sources
336 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
9 934 CZK thou.
Public support
9 598 CZK thou.
96%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
Solution period
01. 01. 2023 - 31. 12. 2025