Plasma Oscillations in a Superlattice

Abstract

Tho spectrum of plasma oscillations, propagating along the superlattice (SL) axis is calculated in the random phase approximation (RPA) taking the umklapp processes into account. I n the case of strong screening the plasmon frequency is determined by SL parameters and temperature and found to do not depend on wave number. At weak screening quasineutral electron oscillations occur. I n the case of small wave numbers the oscillations follow the acoustic law of dispersion and propagate with a frequency of the same order as the electronic ones along the SL axis. The characteristic feature of plasmons propagating along the SL axis, is the absence of Landau damping since the decay of these plasmons in pairs of quasi-particles is forbidden by energy-momentum conservation laws. The existence of plasmons, propagating along the axis, may be a n indication of electron tunnelling between layers.Es wird das Spektrum von Plasmaoszillationen, die sirh in Richtung der Supergitter(SL)-Achse ausbreiten in der ,,random phase"-Approximation (RPA) berechnet, wobei Umklapp-Prozessc berucksichtigt werden. I m Falle starker Abschirmung wird die Plasmonfrequenz durch die SLParameter und Temperatur bestimmt und gefunden, dal3 sie nicht von der Wellenzahl abhangt. Bei schwacher Abschirmung treten quasineutrale Elektronenschwingungen auf. Fur den Fall kleiner Wellenzahlen befolgen die Oszillationen das akustische Dispersionsgesetz und breiten sich mit einer Frequenz von der gleichen GroBenordnung wie die der Elektronen in Richtung der SLAchse aus. Charakteristisch fur die sirh in Richtung der SL-Achse ausbreitenden Plasmonen ist das Fehlen von Landau-Dampfung, da der Zerfall dieser Plasmonen in Quasiteilchen-Paare durch Energie-Impulserhaltungssatze verboten ist. Die Existenz von Plasmonen, die sich in Richtung der Achse ausbreiten, kann als Zeichen fur Elektronentunneln zwischen Schichten angesehen werden.