А.И.Якимов, А.А.Блошкин, А.В.Двуреченский

Работа направлена на решение проблемы поиска физических механизмов, позволяющих повысить эффективность излучательной рекомбинации в непрямозонных полупроводниках, таких как кремний и германий. В данном случае теоретически изучены межзонные оптические переходы в двойных квантовых

Рис. (а) Схематическое изображение двойной квантовой точки, состоящей из двух пирамидальных нанокластерах Ge, расположенных один над другим в матрице Si. (б) Сила осциллятора в спаренных квантовых точках для межзонных переходов с участием связывающего (σ_s → Ψ_e) и антисвязывающего (σ_AS → Ψ_e) молекулярных состояний, отнесенная к силе осциллятора в одиночной квантовой точке. (в) Профили распределения волновых функций электрона (красные линии) и дырки (зеленые линии) вдоль вертикальной оси симметрии одиночной и двойной квантовых точек. В последнем случае показаны распределения для компоненты тяжелых дырок симметричного(слева) и антисимметричного (справа) состояний.

точках 2-го типа (рис. а), образованных вертикально сопряженными нанокластерами Ge в Si. Энергии связи электрона в составе экситона и пространственная конфигурация электронных волновых функций находились на основе численного решения трехмерного уравнения Шредингера в приближении эффективной массы с учетом кулоновского взаимодействия электрона и дырки. С помощью метода конечных элементов учтено неоднородное пространственное распределение упругих деформаций в среде, возникающих из-за различия параметров решетки Ge и Si и приводящее к модификации зонной структуры кристалла.

В результате моделирования определена сила осциллятора, характеризующая коэффициент поглощения света в области межзонных оптических переходов. Показано, что при расстоянии между квантовыми точками 3.0-3.5 нм сила осциллятора в "двухатомной" искусственной молекуле более чем в 2 раза превышает силу осциллятора в одиночной квантовой точке (рис. б). В этом случае электрон расположен посредине между квантовыми точками, а дырка делокализована между ними (рис. в). Как следствие, реализуется максимальное перекрытие волновых функций электрона и дырки, и межзонные переходы становятся прямыми в реальном пространстве.

А.Г.Милёхин, Л.Л.Свешникова, Т.А.Дуда

Экспериментально изучено комбинационное рассеяние света (КРС) оптическими фононами в наноструктурах с квантовыми точками CdS, сформированными в ИФП СО РАН с помощью технологии Ленгмюра-Блоджетт. В спектрах комбинационного рассеяния как свободных квантовых точек CdS, так и распределенных в органической матрице, обнаружены особенности, обусловленные продольными оптическими (LO) фононами квантовых точек (Рис., синие линии). Экспериментально обнаружено гигантское комбинационное рассеяние света (ГКРС) наноструктурами с квантовыми точками CdS, покрытых пленкой кластеров

Рис. Спектры КРС (сплошные линии) и гигантского КРС (прерывистые линии) оптическими фононами в структурах со свободными КТ CdS, измеренные в геометрии рассеяния z(x-)-z при длине волны возбуждающего света 476 нм и температуре 20 К.

серебра (Рис., красные линии), при котором наблюдается резкое усиление интенсив- ности комбинационного рассеяния оптическими фононами в квантовых точках (в 150 раз). Это позволило наблюдать многофононное КРС оптическими фононами в квантовых точках CdS вплоть до пятого порядка. Показано, что зависимость интен- сивности гигантского комбинационного рассеяния света от энергии возбуждения имеет резонансный характер с максимумом при значении энергии, близком к соответствующему максимальному значению коэффициента поглощения поверхностным плазмоном в кластерах серебра. Характерным для ГКРС является существенное уменьшение (в 4 раза) спектральной ширины моды оптического фонона CdS, что обусловлено КРС, селективным по размеру квантовых точек.

А.Ф.Зиновьева, А.В.Двуреченский, Н.П.Стёпина, А.И.Никифоров, А.С.Любин, Л.В.Кулик

Проведены исследования электронных состояний в структурах с Ge/Si квантовыми точками (КТ) методом спинового эха. Был получен сигнал спинового эха от электронов, локализованных вблизи Ge КТ. Локализация электронов вблизи КТ реализована за счет усиления упругих напряжений в Si, окружающем Ge КТ, в многослойных структурах с когерентными КТ. Кривые затухания намагниченности хорошо аппроксимируются суперпозицией двух затухающих экспонент (Рис.).

Рис. Зависимость интенсивности сигнала спинового эха от времени задержки между СВЧ-импульсами для двухимпульсного (а) и трехимпульсного (б) режимов измерения. На вставках к рисункам показаны последовательности СВЧ-импульсов.

Наличие двух экспонент с разными параметрами затухания можно объяснить существованием двух групп носителей заряда с разными скоростями спиновой релаксации. Параметры затухания дают два характерных времени релаксации Т1, первое ~10 мкс, второе ~0.1 мкс, и два времени релаксации Т2, первое ~20 мкс, второе ~1 мкс. Для обеих групп носителей заряда наблюдается необычное соотношение времен спиновой релаксации: Т2 >T1. Это соотношение подтверждает выдвинутую ранее модель спиновой релаксации за счёт спиновой прецессии в эффективных магнитных полях, возникающих при туннелировании носителей заряда между КТ. Эти магнитные поля возникают из-за особенностей симметрии структур с КТ и связаны со спин-орбитальным взаимодействием

Р.З.Витлина, Л.И.Магарилл, А.В.Чаплик

Наличие подвижных электронов приводит к перенормировке электрон - электронного взаимодействия, т.е. экранированию, конкретный вид которого существенно определяется эффективной размерностью и энергетическим спектром электронного газа. Так, закон Юкавы в 3D системе заменяется при переходе к 2D на более сложную функцию со степенной асимптотикой на больших расстояниях . В 3D и 2D электронных системах сингулярный вклад в статическую диэлектрическую проницаемость есть малая поправка к её регулярной части, но он даёт вклад в главный член асимптотического поведения экранирующего потенциала (фриделевские осцилляции). В нанотрубках справедлив совершенно другой результат: статическая диэлектрическая проницаемость становится бесконечно большой в сингулярной точке и фриделевские осцилляции не играют преобладающую роль в экранирующем потенциале на больших расстояниях. Однако, нулевая и высшие цилиндрические гармоники эффективного потенциала экранируются по совершенно разным механизмам.

В работе найдены выражения для асимптотик экранированного кулоновского взаимодействия электронов на поверхности полого цилиндра (нанотрубка). Показано, что аксиально симметричная часть потенциала испытывает логарифмически слабое экранирование, тогда как высшие гармоники экранируются по диэлектрическому типу. В квазиодномерном случае нанотрубки перенормировка ещё слабее влияет на кулоновское взаимодействие на больших расстояниях, т.к. независимо от эффективной размерности электронной системы электрическое поле всегда "трёхмерно". Для любой гармоники экранированного e-e взаимодействия получены простые аналитические выражения, справедливые в асимптотической области z>>а (z - расстояние между частицами вдоль оси трубки, a - радиус трубки). Кулоновское взаимодействие в нанотрубке V₀ ослабляется экранировкой логарифмически, а ненулевые гармоники испытывают экранирование диэлектрического типа, т.е. функциональная зависимость Vn от расстояния z не меняется при учёте экранирования. Кроме того, фриделевские осцилляции экранирующего потенциала не зависят от заряда.