OPTICAL ACTIVITY OF PLASMA OSCILLATIONS IN MULTILAYER STRUCTURES

Résumé
Une étude est faite des systèmes dans lesquels le plasma d'électrons à deux dimensions (2D) a plusieurs composantes. Ces composantes sont des groupes d'électrons se distinguant soit par le vecteur propre de leur mouvement transverse, soit par le numéro de la couche considérée. Les hétérojonctions GaAs-AlGaAs, où les électrons peuvent occuper deux niveaux transverses, sont un exemple du premier type. N'importe quelle structure à couches, avec comme cas limite les super-réseaux, est un exemple du second type. Le spectre des oscillations de plasma de tels systèmes comprend en plus de l'onde habituelle présentant la loi de dispersion en racine carrée, de nouvelles branches dont certaines s'apparentent aux ondes acousto-ioniques d'un plasma gazeux et d'autres aux excitons. L'atténuation de Landau dans de tels systèmes et le spectre d'absorption optique ont aussi des propriétés spéciales. Dans les super-réseaux, il y a une bande de plasmons caractérisée par un vecteur de propagation à deux dimensions et un quasivecteur de propagation à une dimension. Les ondes de plasma dans les systèmes considérés sont en résonance avec le champ électrique longitudinal inhomogène E exp i (kx - wt), où k coïncide avec le vecteur de propagation à deux dimensions des plasmons. Le système à deux composantes est soigneusement étudié et des expressions algébriques sont obtenues pour la puissance absorbée et la largeur des pics pour deux des branches de plasmons. La forme du pic d'absorption est obtenue pour un super-réseau semi-infini dans le cas où l'absorption est dûe principalement à l'excitation des ondes de plasma et non aux collisions.

Abstract
An investigation is made of systems in which two dimensional (2D) electron plasma has several components. The components are groups of electrons differing either in respect of the eigenvector of transverse motion or in respect of the layer number. An example of the first type is GaAs-AlGaAs heterojunction where electrons can populate two transverse energy levels. The second type example is any layer structure including superlattice as a limit case. The spectrum of plasma oscillations of such systems includes not only the usual wave with the square-root dispersion law, but also additional branches some of which resemble ion-acoustic waves in a gas plasma whereas others are analogous to excitons. The Landau damping in such systems and the optical absorption spectra also have special properties. In the superlattices there is a plasmon band which is characterized by 2D momentum and 1D quasimomentum of the plasmon. The plasma waves in the systems under consideration interact resonantly with the longitudinal inhomogeneous electric field E exp i (kx - wt), k coincides with the 2D plasmon momentum. The two component system is thoroughly investigated and the formulae are derived for the absorbed power and for the line width in two plasma branches. The absorption line shape is found for a semi-infinite superlattice when the collisionless absorption is caused mainly by generation of the plasma waves.