Электрооптические свойства квантовых молекул и квантовых проволок с резонансными и локализованными донорными состояниями

последние годы наблюдается повышенный интерес к оптическим свойствам полупроводниковых наноструктур с резонансными (квазистационарными) состояниями примесных центров. Этот интерес связан с перспективой создания новых источников стимулированного излучения на примесных переходах. Важным параметром, определяющим возможность получения инверсии заселенности является время жизни резонансных примесных состояний (РПС). Полупроводниковые наноструктуры представляют широкие возможности управления данным параметром, причем их оптические свойства могут зависеть не только от положения примеси относительно гетерограниц, но и от туннельной прозрачности соответствующих потенциальных барьеров.

Диссертационная работа посвящена развитию теории электрооптического поглощения в КМ с участием резонансных -состояний и в КП с примесной зоной. Предполагалось, что распадность РПС в КМ обусловлена процессом диссипативного туннелирования.

Слайд 1

Цель диссертационной работы заключается в теоретическом изучении особенностей примесного электрооптического поглощения в 0D- и 1D-системах, связанных с влиянием параметров диссипативного туннелирования на РПС в КМ, и с наличием примесной зоны, образованной регулярной цепочкой -центров в КП во внешнем продольном электрическом поле.

Для осуществления поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи.

Задачи диссертационной работы:

1. В одноинстантонном приближении получить аналитическую формулу для вероятности диссипативного туннелирования в КМ, моделируемой двухъямным осцилляторным потенциалом, при наличии внешнего электрического поля с учетом влияния низкочастотных колебаний среды.

2. В модели потенциала нулевого радиуса получить дисперсионное уравнение для резонансных -состояний в КТ с параболическим потенциалом конфайнмента во внешнем электрическом поле с учетом туннельного распада РПС. Теоретически исследовать влияние внешнего электрического поля и туннельного распада на среднюю энергию связи РПС и  

Слайд 2

ширину резонансного уровня в КМ, состоящей из двух туннельно-связанных сферических КТ.

3. В дипольном приближении получить аналитические формулы для вероятности фотоионизации -центра с резонансным примесным уровнем в КМ для случаев продольной и поперечной по отношению к направлению внешнего электрического поля поляризации света. Исследовать зависимость фотоионизационных спектров и дихроизма примесного поглощения от величины внешнего электрического поля и параметров диссипативного туннелирования.

4. В рамках обобщенного варианта модели Кронига - Пенни методом потенциала нулевого радиуса исследовать зависимость ширины примесной зоны от величины внешнего электрического поля и периода регулярной цепочки -центров в КП.

5. В дипольном приближении получить аналитическую формулу для вероятности оптических переходов электронов из состояний примесной зоны в размерно-квантованные состояния КП. Исследовать зависимость спектральных кривых от величины внешнего электрического поля и периода регулярной цепочки -центров.

Слайд 3

Первая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию влияния внешнего электрического поля и туннельного распада на среднюю энергию связи резонансного -состояния и ширину резонансного уровня в КМ, моделируемой двухъямным осцилляторным потенциалом(рис.1). Предполагалось, что распадность примесного резонансного уровня обусловлена процессом диссипативного туннелирования. Вектор напряженности внешнего электрического поля направлен вдоль координаты туннелирования. Расчет вероятности диссипативного туннелирования проведен в разделе в одноинстантонном приближении с учетом взаимодействия с локальной фононной модой среды удерживающий потенциал КТ моделировался потенциалом трехмерного гармонического осциллятора. Оператор Гамильтона соответствующей спектральной задачи имеет вид(2).

Слайд 4

Результаты решения спектральной задачи даются формулами(3) и (4). Для короткодействующего потенциала D^- - центра использовалась модель потенциала нулевого радиуса(5).

Слайд 5

В модели потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы получено дисперсионное уравнение для определения средней энергии связи -состояния  и уширения примесного резонансного уровня ΔЕ(6)

Слайд 6

На рис.2 представлена зависимость средней энергии связи  резонансного -состояния от радиуса R₀ InSb КТ для различных значений параметров диссипативного туннелирования, рассчитанная с помощью дисперсионного уравнения (6).

Можно видеть, что при уменьшении радиуса квантовой точкисредняя энергия связи резонансного -состояния сначала увеличивается из-за все более сильной локализации волновой функции электрона по трем пространственным направлениям. Но при дальнейшем уменьшении радиуса волновая функция начинает «выжиматься» из КТ, поэтому средняя энергия связи уменьшается. Видно также (сравн. кривые 1 и 2 на рис. 2), что в электрическом поле величина  уменьшается вследствие электронной поляризации и штарковского сдвига энергии. Т.о электрическое поле стимулирует распад резонансных  -состояний