The lifetime of interlayer breathing modes of few-layer 2H-MoSe2 membranes

A time-resolved observation of coherent interlayer longitudinal acoustic phonons in thin layers of 2H-MoSe2 is reported. A femtosecond pump-probe technique is used to investigate the evolution of the energy loss of these vibrational modes in a wide selection of MoSe2 flakes with different thicknesses ranging from bilayer up to the bulk limit. By directly analysing the temporal decay of the modes, we can clearly distinguish an abrupt crossover related to the acoustic mean free path of the phonons in a layered system, and the constraints imposed on the acoustic decay channels when reducing the dimensionality. For thicker samples, the main acoustic attenuation mechanism is attributed to the scattering of the acoustic modes with thermal phonons. For samples thinner than ∼20 molecular layers, the predominant damping mechanism is ascribed to the effects of surface asperity. Losses intrinsic to the low dimensionality of single or few layer materials impose critical limitations for their use in optomechanical and optoelectronic devices.Fil: Soubelet, Pedro Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Reynoso, Andres Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Nogajewski, Karol. University of Warsaw; PoloniaFil: Potemski, Marek. University of Warsaw; PoloniaFil: Faugeras, Clément. University of Warsaw; PoloniaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentin

Slow light and slow acoustic phonons in optophononic resonators

Slow and confined light have been exploited in optoelectronics to enhance light-matter interactions. Here we describe the GaAs/AlAs semiconductor microcavity as a device that, depending on the excitation conditions, either confines or slows down both light and optically generated acoustic phonons. The localization of photons and phonons in the same place of space amplifies optomechanical processes. Picosecond laser pulses are used to study through time-resolved reflectivity experiments the coupling between photons and both confined and slow acoustic phonons when the laser is tuned either with the cavity (confined) optical mode or with the stop-band edge (slow) optical modes. A model that fully takes into account the modified propagation of the acoustic phonons and light in these resonant structures is used to describe the laser detuning dependence of the coherently generated phonon spectra and amplitude under these different modes of laser excitation. We observe that confined light couples only to confined mechanical vibrations, while slow light can generate both confined and slow coherent vibrations. A strong enhancement of the optomechanical coupling using confined photons and vibrations, and also with properly designed slow photon and phonon modes, is demonstrated. The prospects for the use of these optoelectronic devices in confined and slow optomechanics are addressed.Fil: Villafañe, Viviana Daniela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Soubelet, Pedro Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel. Université Paris Sud; Francia. Centre D'etudes de Saclay; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Jusserand, B.. Université Pierre et Marie Curie; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Lemaître, A.. Université Paris Sud; Francia. Centre D'etudes de Saclay; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentin

Dynamical optical tuning of the coherent phonon detection sensitivity in DBR-based GaAs optomechanical resonators

We present a detailed time-resolved differential reflectivity study of the electronic and the coherent phonon generation response of a GaAs optical microcavity after resonant picosecond laser pulse excitation. A complex behavior is observed as a function of laser-cavity-mode detuning and incident power. The observed response is explained in terms of the large dynamical variations of the optical cavity-mode frequency induced by the ultrafast laser excitation, related to the optical modulation of the GaAs-spacer index of refraction due to photoexcited carriers. It is demonstrated that this effect leads to a strong optical dynamical tuning of the coherent phonon detection sensitivity of the device.Fil: Sesin, Pablo Ezequiel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Soubelet, Pedro Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Villafañe, Viviana Daniela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Jusserand, B.. Universite de Paris VI. Institut des Nanosciences de Paris; FranciaFil: Lemaître, A.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Lanzillotti Kimura, Norberto Daniel. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentin

Optoelectronic forces with quantum wells for cavity optomechanics in GaAs/AlAs semiconductor microcavities

Radiation pressure, electrostriction, and photothermal forces have been investigated to evidence backaction, nonlinearities, and quantum phenomena in cavity optomechanics. We show here through a detailed study of the relative intensity of the cavity mechanical modes observed when exciting with pulsed lasers close to the GaAs optical gap that optoelectronic forces involving real carrier excitation and deformation potential interaction are the strongest mechanism of light-to-sound transduction in semiconductor GaAs/AlAs distributed Bragg reflector optomechanical resonators. We demonstrate that the ultrafast spatial redistribution of the photoexcited carriers in microcavities with massive GaAs spacers leads to an enhanced coupling to the fundamental 20-GHz vertically polarized mechanical breathing mode. The carrier diffusion along the growth axis of the device can be enhanced by increasing the laser power, or limited by embedding GaAs quantum wells in the cavity spacer, a strategy used here to prove and engineer the optoelectronic forces in phonon generation with real carriers. The wavelength dependence of the observed phenomena provide further proof of the role of optoelectronic forces. The optical forces associated with the different intervening mechanisms and their relevance for dynamical backaction in optomechanics are evaluated using finite-element methods. The results presented open the path to the study of hitherto seldom investigated dynamical backaction in optomechanical solid-state resonators in the presence of optoelectronic forces.Fil: Villafañe, Viviana Daniela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Sesin, Pablo Ezequiel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Soubelet, Pedro Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Anguiano, Sebastian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Rozas, Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Gomez Carbonell, C.. Université Paris Sud; FranciaFil: Lemaître, A.. Université Paris Sud; FranciaFil: Fainstein, Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentin

Solutions of the Schroedinger equation for piecewise harmonic potentials: Remarks on the asymptotic behavior of the wave functions

We discuss the solutions of the Schroedinger equation for piecewise potentials, given by the harmonic oscillator potential for |x|>a and by an arbitrary function for |x|<a, using elementary methods. The study of this problem sheds light on usual errors made in discussions of the asymptotic behavior of the eigenfunctions of the quantum harmonic oscillator and can also be used for the analysis of the eigenfunctions of the hydrogen atom. We present explicit results for the energy levels of a potential of this class, used to model the confinement of electrons in nanostructures.Fil: Mazzitelli, Francisco Diego. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mazzitelli, Martin Diego. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Soubelet, Pedro Ignacio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Resonance effects in the Raman scattering of monolayer and few-layer MoSe2

Using resonant Raman scattering spectroscopy with 25 different laser lines, we describe the Raman scattering spectra of monolayer and multilayer 2H-molybdenum diselenide (MoSe2) as well as the different resonances affecting the most pronounced features. For high-energy phonons, both A- and E-symmetry type phonons present resonances with A and B excitons of MoSe2 together with a marked increase of intensity when exciting at higher energy, close to the C-exciton energy. We observe symmetry-dependent exciton-phonon coupling affecting mainly the low-energy rigid layer phonon modes. The shear mode for multilayer displays a pronounced resonance with the C exciton while the breathing mode has an intensity that grows with the excitation laser energy, indicating a resonance with electronic excitations at energies higher than that of the C exciton.Fil: Soubelet, Pedro Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Fainstein, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Nogajewski, N.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Faugeras, C.. Centre National de la Recherche Scientifique; Franci