ИСТИНА

Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) представляют интерес как для инфракрасной фотоники ввиду относительного высокого и широкополосного пропускания в диапазоне длин волн вплоть до 20 мкм [1], так и в качестве перспективных носителей информации, в которых могут быть быстро и обратимо реализованы фазовые переходы, а также сформированы поверхностные периодические структуры (ППС) волнового и субволнового периода, в результате воздействия сверхкоротких лазерных импульсов [2]. К настоящему времени лазерно-индуцированные фазовые трансформации и ППС хорошо изучены для пленок GST225 (Ge2Sb2Te5) [3], однако с точки зрения оптики ближнего и среднего инфракрасного диапазона более перспективными материалами представляются сульфид мышьяка (As2S3) и селенид мышьяка (As2Se3) [4]. В данной работе с помощью фемтосекундных лазерных импульсов были облучены тонкие пленки из As2S3 и As2Se3 толщиной, соответственно, 576±5 нм и 842±5 нм на подложках из монокристаллического кремния с подслоем хрома (100 нм) или на кварцевых стеклах. Облучение производилось в воздухе при нормальном падении излучения на частоте второй оптической гармоники (Satsuma, Amplitude Systems, 515 нм, 300 фс, энергия и число импульсов E = 0.05–0.8 мкДж, N = 10–1200). В результате облучения, на поверхности пленок данных ХСП были сформированы ППС с волновыми (~515 нм) и субволновыми (150–185 нм) периодами (Рис. 1). Штрихи ППС с волновым периодом ориентированы ортогонально вектору поляризации лазерных импульсов (Рис. 1, а), а структуры субволнового периода – вдоль вектора поляризации (Рис. 1, б). При этом тип формируемых структур меняется в зависимости от числа и энергии импульсов. А именно, с увеличением числа лазерных импульсов или их энергии наблюдается эволюция от субволновых ППС к решеткам с волновым периодом, при этом структуры обоих типов могут наблюдаться одновременно в пределах одного кратера, сформированного фемтосекундным лазерным воздействием, в виде иерархической структуры из двух ортогональных решеток различного периода (Рис. 1 в,г). Модуляция глубины рельефа таких структур достигает 115 нм. Значения периодов и ориентация ППС согласуются с результатами численного моделирования в рамках плазмон-поляритонного механизма формирования данных структур. Анализ спектров комбинационного рассеяния света (КРС, Horiba HR800) при возбуждении излучением с длиной волны 488 нм в пленках As2Se3 показал сдвиг максимума полосы КРС, расположенной в диапазоне 200–300 см–1, от 220 к 265 см–1, что может быть связано с фазовыми переходами в данном материале, вызванными фемтосекеундным лазерным воздействием (Рис.2). В то же время, в пленках As2S3 по данным КРС фотоиндуцированных фазовых трансформаций не зарегистрировано. Полученные ППС на поверхности пленок ХСП, обладающие анизотропией формы за счет поверхностного рельефа, могут быть использованы для создания поляризационно-чувствительных элементов оптики инфракрасного диапазона. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-19-00035).