А. И. Якимов, В.А. Тимофеев, А. И. Никифоров, А. В. Двуреченский

Из квантовой механики известно, что при сближении двух атомов электронный уровень в каждом из атомов расщепляется на два. При этом основное состояние двухатомной молекулы соответствует симметричной или связывающей молекулярной орбитали (σ_g), а возбужденное - антисимметричной или антисвязывающей (σ_u). Как показали недавние теоретические исследования (A.I.Yakimov A.A. Bloshkin, and A.V. Dvurechenskii., Phys. Rev. B 81, 115434 (2010)), для дырочных молекулярных орбиталей в связанных, упруго напряженных квантовых точках картина меняется существенным образом. Было предсказано, что при удалении квантовых точек друг от друга возможна смена пространственной симметрии основного состояния, в результате которой основным состоянием станет антисвязывающая молекулярная орбиталь. Это явление отсутствует в природных молекулах, а также в квантовых точках, содержащих электроны.

Рис.1. Схематичное изображение профиля валентной зоны для гетероструктуры Si/Ge/SiGe/Ge/Si и возможные внутризонные переходы под действием света поляризованного вдоль направления роста z.	Рис.2. Спектры пропускания z- поляризованного света.

Получено первое экспериментальное свидетельство существования антисвязывающего основного состояния дырок в двойных квантовых точках Ge/Si. Идея проведенного эксперимента заключалась в использовании сильной зависимости матричного элемента межуровневых переходов от четности начального и конечного состояний под действием линейно поляризованного света. Для реализации таких переходов нами было предложено разделить слои нанокластеров Ge слоем твердого раствора SiGe (рис.1). Такой слой представляет собой двумерную потенциальную яму, в котором энергетический спектр дырок квантуется вдоль направления роста (направление z). При этом основное состояние формируется подзоной тяжелых дырок, а соответствующая волновая функция ψ_f является четной (симметричной) вдоль направления z. В длинноволновом приближении при облучении такой структуры светом, поляризованном вдоль оси z, разрешенными являются переходы только между состояниями с противоположной четностью, т.е. σ_u ψ_f.

На рис.2 показано пропускание z-поляризованного излучения для образцов, в которых квантовые точки в двойном слое разделены квантовой ямой Si_0.85Ge_0.15 толщиной d=2.8, 3.8 и 4.8 нм. Полосы поглощения в области энергий ~200 мэВ отвечают переходам типа σ_g ψ_f и σ_u ψ_f. При d=2.8 нм амплитуда поглощения мала (0.3%). Мы ассоциируем эту линию с запрещенным в дипольном приближении переходом σ_g ψ_f. Ненулевая вероятность этого перехода обусловлена тем, что волновая функция дырки в связывающем состоянии не является в полной мере четной из-за анизотропии формы нанокластеров Ge и неоднородного распределения упругих деформаций в системе. При увеличении расстояния между нанокластерами d до 3.8 нм минимум пропускания сдвигается в область меньших энергий, а вероятность поглощения увеличивается в 5 раз. При дальнейшем удалении квантовых точек друг от друга величина поглощения z-поляризованного излучения опять уменьшается. Сильный рост поглощения и немонотонное поведение амплитуды поглощения с ростом d свидетельствует о формировании антисвязывающего основного состояния дырки в двойных квантовых точках.