Nonlinear Absorption and Photocurrent in Weyl Semimetals

Abstract

A theory of light absorption and circular photocurrent in Weyl semimetals is developed for arbitrary large light intensities with account for both the elastic and inelastic relaxation processes of Weyl fermions. The direct optical transition rate is shown to saturate at large intensity, and the saturation behavior depends on the light polarization and on the ratio of the elastic and inelastic relaxation times. The linear‐circular dichroism in absorption is shown to exceed 10% at intermediate light wave amplitudes and fast energy relaxation. At large intensity I, the light absorption coefficient drops as 1/I, and the circular photogalvanic current increases as I.

Межзонный Двухфотонный Линейно-Циркулярный Дихроизм В Полупроводниках В Приближении Кейна

“…В этом разделе получим выражение для спектральной зависимости коэффициента межзонного ДФПС света в узкозонных полупроводниках в модели Кейна. В дальнейших расчетах используем метод расчета, предложенный в работах [4,7,10,18]).…”

“…В дальнейшем рассчитаем парциальные коэффициенты двухфотонного поглощения (см., например, формулу (1) из работы [16]), отличающиеся друг от друга типом ОП, т. е. от начального, промежуточного и виртуального состояний: а) если исходное состояние находится в подзоне тяжелых дырок валентной зоны, тогда, следуя [16,18,19], коэффициент межзонного двухфотонного поглощения света можно определить выражением 2…”

“…Многофотонное поглощение света в полупроводнике со сложной валентной зоной, обусловленное прямыми оптическими переходами между подзонами тяжелых и легких дырок и зависящее от степени поляризации света, было исследовано в работах [8][9][10][11][12][13][14][15][16][17]. Нелинейное межзонное однофотонное поглощение поляризованного света в полуметаллах Вейля исследовано в статье [18]. В этих работах считается, что нелинейность в зависимости коэффициента однофотонного поглощения от интенсивности света возникает за счет резонансного насыщения поглощения [19].…”

“…В этих работах считается, что нелинейность в зависимости коэффициента однофотонного поглощения от интенсивности света возникает за счет резонансного насыщения поглощения [19]. Это насыщение как в межзонном [18], так и во внутризонном [9,10, 16,17] поглощении света обусловлено фотоиндуцированным изменением функций распределения носителей тока в области импульсного пространства вблизи поверхности, определяемой законом сохранения энергии и временем релаксации, об- 1 Двухфотонный линейно-циркулярный дихроизм, обусловленный межзонными оптическими переходами электронов, был предсказан Е.Л. Ивченко в работе [4] ратное значение которого равно обратным значениям времен релаксаций по энергии и импульса.…”

Nonlinear intensity dependence of photogalvanics and photoconductance induced by terahertz laser radiation in twisted bilayer graphene close to magic angle

“…[50], respectively. The theory developed for the Dirac energy dispersion yields that at high intensities the absorption varies with the radiation intensity as [56,57]…”