Эффект фотонного увлечения на границе металла и двумерного полупроводника

Эффект фотонного увлечения представляет собой механизм генерации фототока, в котором импульс электромагнитного поля передается непосредственно носителям заряда. Считается, что этот эффект слаб в силу малости импульса фотона по сравнению с типичными значениями импульса носителей заряда. В данной работе мы показываем, что фотонное увлечение становится особенно сильным на контакте между металлами и 2d-материалами, где при дифракции генерируются крайне неоднородные локальные электромагнитные поля. Для этого мы объединяем точное решение задачи дифракции на контакте “металл–2d-материал” с микроскопической теорией эффекта фотонного увлечения и выводим зависимости соответствующего фотонапряжения от параметров электромагнитного поля и 2d-системы. Отклик по напряжению оказывается обратно пропорционален частоте электромагнитной волны $\omega$, двумерной плотности заряда и безразмерному коэффициенту передачи импульса $\alpha$, который зависит только от 2d-проводимости, измеренной в единицах скорости света $\eta = 2\pi \sigma/c$ и поляризации в падающей волне. Для $p$-поляризованного падающего света коэффициент передачи импульса оказывается конечным даже для исчезающе малой 2d проводимости $\eta$, что является следствием динамического эффекта громоотвода. Для $s$-поляризованного падающего света коэффициент передачи импульса масштабируется как $\eta \ln \eta^{-1}$, что является следствием дипольного характера излучения контакта на больших расстояниях. Теория обобщена на случай когда в системе присутствуют два типа носителей зарядов (электроны и дырки) и предсказан дальнейший рост эффекта увлечения по обе стороны от точки зарядовой нейтральности.