Исследована электронная структура в системе вертикально совмещенных двойных квантовых точек (КТ) GeSi в матрице Si (в массивах "двухатомных" искусственных молекул). Основу экспериментальных методов составляет спектроскопия кремниевых диодов Шоттки со встроенными в базовую область двумя слоями нанокластеров Ge, расположенных коррелированно один над другим в направлении роста.
Рис. (а) Энергия связи дырки в основном состоянии "двухатомной'" молекулы как функция толщины барьерного слоя Si между квантовыми точками Ge. Содержание Ge в нанокластерах с=0.9. Черные квадраты - экспериментальны данные, сплошная линия - теоретическая кривая. Штриховой линией показан расчетный энергетический уровень дырки в одиночной квантовой точке. Круглый маркер - результат измерений для структуры с одним слоем нанокластеров Ge (б) Расчетные вероятности нахождения дырки в нижней (pb) и в верхней (pt) квантовых точках GecSi1-c как функция расстояния между нанокластерами tSi и их состава.
В таких экспериментах измеряются температурные зависимости комплексной проводимости структуры на различных частотах и при различных обратных смещениях, после чего восстанавливаются температурные зависимости темпа эмиссии дырки из связанных состояний в делокализованные состояния валентной зоны и определяется энергия активации скорости эмиссии. Развита математическая модель для определения распределения упругих деформаций, энергетического спектра дырок и пространственной конфигурации дырочных состояний в многослойных гетероструктурах Ge/Si с квантовыми точками GeSi. Основу подхода составляют атомистическая модель поля валентных сил с межатомным потенциалом Китинга, приближение сильной связи и метод свободной релаксации.
Установлено, что при сближении квантовых точек Ge в составе двухатомной искусственной молекулы наблюдаются два эффекта, неожиданные с точки зрения традиционного квантово-механического представления: 1) уменьшение энергия связи дырки в двойной квантовой точке по сравнению с энергией ионизации одиночной квантовой точки Ge (Рис. а); 2) разрушение гибридизованной дырочной орбитали и локализация волновой функции дырки в одной из квантовых точек и последующее восстановление молекулярной орбитали при продолжении сближения квантовых точек (Рис. б). Показано, что первый эффект обусловлен частичной релаксацией упругих напряжений в кристалле, вызванной взаимным влиянием нанокристаллов Ge в матрице Si. Второй - асимметрией потенциальной энергии дырки в двух квантовых точках, возникшей в результате наложения полей упругих деформаций от вертикально совмещенных нанокластеров Ge. Продемонстрировано, что оба эффекта исчезают, когда содержание Ge в квантовых точках, образующих искусственную молекулу, становится меньше 90% вследствие уменьшения деформаций в гетеросистеме.
