Магнитооптика квантовых проволок и сужений с D-- и D-2-центрами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат физико-математических наук Марко, Антон Александрович

• Марко, Антон Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Марко, Антон Александрович

Введение.

Глава 1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР И МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА £>( ) - ЦЕНТРА В МИКРОСУЖЕНИИ

1.1 Дисперсионное уравнение электрона, локализованного на £>°- центре в сечении узкого горла микросужения.

1.2 Расчет сечения фотоионизации - центра в микросужении.

1.3 Спектральная зависимость сечения фотоионизации. Фактор геометрической формы микросужения.

Выводы к главе 1.

Глава 2 ТЕРМЫ ОДНОМЕРНОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО ИОНА Я« В ПРОДОЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

2.1 Энергетический спектр D^-центра в квантовой проволоке: g- и м-термы.

2.2 Дисперсионное уравнение электрона, локализованного на D° - центре в сечении узкого горла микросужения.

2.3 Эволюция g- и и- термов с изменением магнитного поля и эффективной длины сужения.

Выводы к главе 2.

Глава 3 ЭФФЕКТ УВЛЕЧЕНИЯ ОДНОМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ ФОТОИОНИЗАЦИИ 4">- ЦЕНТРОВ В ПРОДОЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

3.1 Сечение фотоионизации D^ - центра в квантовой проволоке.

3.2 Расчет матричного элемента оптического перехода из g- состояния D^ - центра в гибридно-квантованные состояния квантовой проволоки в квадрупольном приближении.

3.3 Расчет плотности тока увлечения при фотоионизации D^ - центров в продольном магнитном поле.

Выводы к главе 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Магнитооптика квантовых проволок и сужений с D-- и D-2-центрами»

В последние годы резко возрос интерес к изучению магнитооптических свойств наноструктур, содержащих примеси [1-6]. Это обусловлено не только возможным многообразием прикладных аспектов [7], но и вследствие новой физической ситуации связанной с эффектом гибридизации размерного и магнитного квантования [8-11]. Действительно, эффект гибридизации спектра примесного поглощения света несет ценную информацию о зависимости энергии связи локализованного носителя от магнитного поля, [7] параметров наноструктуры и типа дефекта, что в принципе позволяет производить идентификацию примесей. Эксперименты показывают [12,13], что энергия связи примесных состояний существенно зависит от величины внешнего магнитного поля. Так, в случае центров в селективно легированных многоямных квантовых структурах GaAs/AlGaAs наблюдается значительный рост энергии связи состояний в условиях гибридного квантования [13]. В работе [12] впервые наблюдались так называемые D^ — состояния, соответствующие присоединению к нейтральному мелкому донору дополнительного электрона, в селективно-легированных многоямных структурах GaAs/GaAlAs. Такие состояния интересны и в астрофизическом аспекте в связи с тем, что Z)() - центр является твердотельным аналогом иона Я", свойства которого играют важную роль для объяснения непрозрачности атмосферы Солнца и подобных Солнцу звезд. Следует также отметить, что в массивных полупроводниках D()-состояния могут существовать только в неравновесных условиях. В случае, например, квантовой ямы они могут существовать в термическом равновесии за счет появления избыточных носителей при легировании барьерных слоев мелкими примесями. В работе [12] исследовались селективно-легированные примесью Si мультиямные квантовые структуры GaAs/GaAlAs со 150 периодами. Причем ширина о квантовой ямы составляла 10(М, содержание А1 ~ 25%, а концентрация Si в каждой яме ~1010см~3. На рисунке 1 представлен спектр magnetic field (T)

Рис.1 Спектр магнитофотопроводимости мультиямных квантовых структур СаАБ/ОаА1А8 при Г = 9АГ [12]. О Z ю

8

6

А

2 0

8 10 12 14 16 18 20 magnetic field (Т)

Рис.2 Зависимость энергии связи -центра от величины магнитного поля [12]. магнитофотопроводимости (в относительных единицах) одного из исследованных в работе [12] образцов. Наблюдаются серии осцилляций, квазипериодических по величине обратного магнитного поля. Положение пиков отражает рост энергии связи -состояний при увеличении магнитного поля. На рисунке 2 (кривой 2Б) представлена зависимость энергии связи О^- центра от величины магнитного поля. На этом же рисунке для сравнения показана теоретически рассчитанная кривая энергии связи -центра в массивном ваАБ (кривая ЗО). Сравнение кривых 20 и ЗЭ обнаруживает достаточно сильное увеличение энергии связи и более «крутую» зависимость от магнитного поля при переходе ЗЭ-»20. Согласно [12], этот эффект, по-видимому связан с тем, что в отсутствии магнитного поля «внутренняя» орбиталь почти не испытывает воздействия слабосвязанной «внешней» орбитали - центра, которая в данном случае о имеет протяжение превышающее 400 А. После включения магнитного поля -орбиталь сжимается до примерно циклотронного радиуса в плоскости перпендикулярной магнитному полю, но остается сильно протяженной в направлении, параллельном полю. Это приводит к значительному углублению основного состояния £>(-) -центра - примерно на порядок при величине внешнего магнитного поля около 20 Тл.

При анализе эксперимента обычно используют вариационный подход для описания локализованного состояния электрона на -центре [14]. Этот подход обладает известными недостатками, наиболее существенный из которых - элемент случайности в выборе пробных волновых функций. В работе [8] теоретически исследовалось магнитопримесное поглощение света в полупроводниковой квантовой проволоке (КП) с параболическим потенциалом конфайнмента. Потенциал примеси имитировался потенциалом нулевого радиуса. р др дг у = 2пЬ1 ¡{ат} - мощность потенциала нулевого радиуса, а определяется энергией Е, связанного состояния на этом же £)( )- центре в массивном полупроводнике. Такой подход, как известно [15], применим для описания -состояний, соответствующих присоединению дополнительного электрона к нейтральному мелкому донору. Представляет интерес более детально рассмотреть процедуру получения дисперсионного уравнения электрона, локализованного на £>° - центре в КП согласно [8], поскольку, в первой главе настоящей диссертации рассматривается аналогичная задача для £>() -центра в микросужении с предельным переходом «микросужение —» квантовая проволока». Кроме того, во второй главе настоящей диссертации при построении двухцентровой функции Грина будет использовано аналитическое представление одноцентровой функции Грина, полученное в работе [8]. Для описания одноэлектронных состояний в КП использовался параболический потенциал конфайнмента вида У(х,у) = т*а>о(х2+у2)/ 2, где т - эффективная масса электрона; со0 -характерная частота потенциала конфайнмента. Векторный потенциал однородного магнитного поля А выбирался в симметричной калибровке А = (- у В / 2,х В / 2,0). Задача определения волновой функции Ч^в^Ср,(р,г;ра,(ра,га) и энергии связанного состояния Е£>(-)-центра, локализованного в точке =(ра,фа,^а), состоит в построении одноэлектронной функции Грина для уравнения Шредингера с гамильтонианом Нв =(р+\е\А)21(2тп) + У3{<р, (р, г; ра, фа, га) с последующим использованием формулы Хилле-Харди [16] для билинейной производящей функции [17]: х (1 - ехр[- 2 ту/]) 1 ехр

V/ р;+р2)уу(1 + ехр[-2уу/])" 4ра2 (1-ехр[-2>у/]) х хехр ехр[/(ф - фв)- Ра*"2/ + ехр - /(ф- фа)+ Ра*"2/]) х

Р.Р^ехр^н'/] сН.

2)

РаЗ(1-ехр[-2*/В

Согласно [8] энергия £>()-состояния является полюсом функции Грина, т.е. решением уравнения 2 л П2 = —^—(у,с) (Ра> <Ра> 2а, ра, (ра, ЕХХв).

3)

В работе [8] показано, что в приближении эффективной массы задача на связанные состояния в системе «КП - £>(-) -центр» при наличии продольного магнитного поля допускает аналитическое решение:

5 1 22

Зп! -2 3 ( 2 \

00 Л-^ехр о V/ V у

1 - ехр[- 2 и>/]) 1 х хехр р2 + Р2 V 0 + ехр[- 2 уу/]) 4ра2 (1-ехр[-2>у/]) х ехр

-(ехр/(ф-фд)-ра* 2/ +ехр-/(ф-фа)+Ра*"2/]) ряри/ехр[-и^/] Ра,2(1-ехр[-2н'/])

4) +оо ^

2/

- >у(1- ехр[- 2 м>/]) 1 ехр 2

Ра И>

2р(1-ехр[-2и>/]) х х (1 + ехр[- 2 - (ехр[- ра*~2/]+ ехр[ра*2^])ехр[- ип])] , (5) где ы = + $V"4 , т]ЫЩ1Еа, т]1=\Ех\/Еа Р*=Ра/^, Р = Ел /(йа>0)= V /(ф;), а* = ав/а,.

Из-за наличия квантового размерного эффекта энергия связи Е[°вю £Г - состояния в КП определялась как [8].

Е[Г= Еом +\ЕЛВ\, (6) где Е000 = Ш/2 - энергия основного состояния в КП, О. - гибридная частота.

На рис.3 представлены результаты численного анализа уравнения (5) для случая КП на основе 1п8Ь [8]. ах ао9 аоЕ

0.07 аоб

0.05 ао4 т-г

2-

0.05

0.1

0.15 2

0.25

03

Р'а=Ра'аа

Рис.3 Зависимость энергии связи £>~ - состояния в КП на основе 1п8Ь от полярного радиуса ра = ра!ал примеси для различных значений магнитной индукции В при ¿=35,8 нм, и0-0,2 эВ: 1

2

Е, 3.5 х 10 ~2 эВ , В = 07л, 3.5x10 2 эВ, 5= 12 7л, линиями 3 и 4 изображены положения уровней энергии основного состояния в КП для 5 = 0Гл и 5 = 127л соответственно [8]

Как видно из рис.3, в магнитном поле энергия связи £>()-центра заметно возрастает (ср. кривые 1 и 2), причем приращение энергии связи составляет более 0,02 эВ для О' - центров, расположенных на оси КП. Возможность управлять энергией связи локализованных носителей путем варьирования величины внешнего магнитного поля открывает перспективу для изменения оптических и транспортных свойств наноструктур, и соответственно создания квантовых приборов с управляемыми характеристиками. Особый интерес представляют примесные молекулы типа которые могут образовываться в процессе двойного селективного легирования наноструктур [18]. Это связано с перспективами создания одномолекулярных устройств на основе истинно «наноразмерных» эффектов. «Выращивание» молекулярных систем в наноструктурах позволит решить важную проблему, связанную со способностью молекулярных систем интегрироваться в разработанные нанотехнологические процессы. В настоящее время тенденции развития прецизионного наноструктурирования [19-34] материалов таковы, что возникает необходимость учитывать влияние особенностей геометрической формы наноструктур на электронный энергетический спектр, включая примесные состояния.

Действительно, в настоящее время получила импульс нанотехнология экзотических полупроводниковых структур, таких как квантовые цилиндры, диски, кольца [35-46], сферические оболочки [47-50], поверхности псевдосферы, микросужения [51-58]. В работах [59,60] показано, что изменение формы и размеров наноструктуры (рассматривалась наносфера рис.4) существенно сказывается на спектральных свойствах. Оболочечные наноструктуры изготавливаются с использованием уникальной методики нанесения на сферическое диэлектрическое ядро наноразмеров тонкой металлической или полупроводниковой пленки. В работе [61] был рассчитан энергетический спектр бесспиновых электронных состояний для электронов, движущихся на поверхности эллипсоида вращения (см. рис.5) при наличии магнитного поля.

Рис.4 Схематическое изображение наносферы. (толщина полупроводниковой оболочки составляет 10 -г \00нм) [60]

Рис.5 Схематическое изображение эллипсоида вращения, (толщина полупроводниковой оболочки составляет 10 4- 100/ш) [61]

Авторами [61] рассматривались различные случаи соотношения между деформационными поправками (отклонение геометрии от сферичности) и магнитными поправками (воздействие на систему магнитного поля). Для случая преобладания деформационной поправки энергетический спектр носителей заряда имеет вид [61]

7) где

И (2/-1)(2/ + 3) ^ '

2(1+1) (/ —т\ + т (2/ —1) г2 = Ь2т + р2 -\\ Л-+ 2Рг

2 2 (2/-1)(2/ + 3) 2)2 (/ -1)2 (/ +1)2 - т2 (/2 - т2)

2/-3)(2/-1) (2/ + 1)

2/+ 1X2/+ 3)'(2/+ 5) / здесь /?- радиус сферы, 1,т -орбитальное и магнитное квантовые числа соответственно, /?, Ьг - параметры определяющие деформационную и магнитную поправки соответственно. Видно, что изменение формы наноструктуры (параметр /3) приводит к модификации электронного энергетического спектра носителей заряда. Интерес к мезоскопическим квантовым кольцам (см. рисунок 6) обусловлен как к объекту, в котором имеют место такие уникальные явления как эффект Ааронова-Бома [62-66], квантовый эффект Холла [67-72], эффекты спин-орбитального взаимодействия [73-74]. В случае КП современная нанотехнология не исключает возможности существования случайного поля, связанного с флуктуациями их толщины [75]. Неоднородность толщины приводит к появлению микросужений, особенности геометрической формы которых (см. рис.7) проявляются, прежде всего, в кардинальной модификации электронного спектра при переходе «квантовая проволока —> микросужение» и, как следствие, в существенной зависимости кондактанса от эффективной длины сужения [76].

Рис.6 Схематическое изображение мезоскопического кольца (толщина полполупроводниковой оболочки составляет 10 -ь 100нм).

В работе [54] теоретически изучалась нелинейная квантовая проводимость микросужения. Было показано [54], что появляется существенная зависимость тока через микросужение от диаметра микросужения. Число ступеней этой зависимости становится ограниченным и зависимым от параметров микросужения. Высокая чувствительность энергии связи носителя на примеси к энергетическому спектру наноструктуры позволяет, в принципе, проследить эволюцию энергии связи с изменением геометрической формы наноструктуры. Это актуально, поскольку, как показывают эксперименты [76], наличие даже одиночной примеси в микросужении существенно меняет транспортный режим и условия квантования кондактанса. Таким образом, изучение влияния магнитного поля и особенностей геометрической формы наноструктур на примесные состояния, оптические и транспортные свойства с их участием является одним из актуальных направлений полупроводниковой наноэлектроники.

Рис.7 Схематическое изображение квантовой проволоки (а) и микросужения (б)

Цель диссертационной работы заключается в теоретическом изучении примесного магнитооптического поглощения в полупроводниковых наноструктурах двух различных типов: квантовых проволоках и сужениях, содержащих как£>(), так и центры, а также электронного транспорта, связанного с эффектом фотонного увлечения электронов при фотоионизации -центров в квантовых проволоках при наличии продольного магнитного поля.

Задачи диссертационной работы

1. В рамках модели потенциала «мягкой стенки» методом потенциала нулевого радиуса исследовать зависимость энергии связанного на £>°-центре электрона от величины магнитного поля В, параметров потенциального конфайнмента микросужения и координат примесного центра, расположенного в центре сечения узкого горла сужения.

2. Теоретически исследовать примесное магнитопоглощение, связанное с оптическими переходами электрона из £>(-)- состояния в гибридно-квантованные состояния микросужения для случая поперечной по отношению к направлению магнитного поля поляризации света.

3. В рамках модели потенциала нулевого радиуса получить аналитическое решение задачи о связанных состояниях электрона в поле двух £)° -центров (двухцентровая задача) в полупроводниковой квантовой проволоке и сужении при наличии продольного магнитного поля.

4. Исследовать эволюцию g- и м-термов с изменением величины продольного магнитного поля и параметров квантовой проволоки и сужения.

5. Теоретически исследовать примесное магнитопоглощение, связанное с оптическими переходами электрона из состояния §-терма в гибридно-квантованные состояния квантовой проволоки для случая продольной и поперечной по отношению к направлению магнитного поля поляризации света.

6. В рамках модели потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы получить аналитическое выражение для плотности тока увлечения и исследовать ее спектральную зависимость для разных значений величины В и параметров квантовой проволоки при рассеянии электронов на системе короткодействующих примесей.

Научная новизна полученных результатов

1. В рамках модели потенциала нулевого радиуса аналитически получено дисперсионное уравнение локализованного на £>° - центре электрона с учетом влияния магнитного поля на - состояния в микросужении.

2. Исследована зависимость энергии локального состояния от координат £>() - центра в сечении узкого горла, эффективной длины микросужения и величины магнитного поля. Показано, что наличие гибридного квантования приводит к стабилизации - состояний в микросужении. Найдено, что уменьшение эффективной длины микросужения вызывает углубление основного состояния - центра, причем область, где возможно существование связанных состояний, увеличивается. Исследована эволюция энергии связи £>(-) -состояния с ростом эффективной длины микросужения.

3. В дипольном приближении рассчитано сечение фотоионизации £>()-центров в микросужении для случая поперечной по отношению к направлению магнитного поля поляризации света. Показано, что для спектральной зависимости сечения фотоионизации характерен квантово-размерный эффект Зеемана. Найдено, что край полосы примесного магнитооптического поглощения зависит от эффективной длины сужения.

4. В рамках модели потенциала нулевого радиуса аналитически получены дисперсионные уравнения локализованного на £>° - центре электрона, определяющие симметричное (g- терм) и антисимметричное (и- терм) состояния электрона соответственно в квантовой проволоке и сужении при наличии продольного магнитного поля. Показано, что магнитное поле приводит к значительному изменению положения термов и стабилизации -состояний в квантовой проволоке и сужении. Установлено, что эффективная длина микросужения существенно влияет как на величину расщепления между термами, так и на размер области, где возможно существование -состояний.

5. В дипольном приближении рассчитаны сечения фотоионизации

-центров в квантовой проволоке для случая поперечной и продольной по отношению к направлению магнитного поля поляризации света. Показано, что спектр магнитопоглощения света продольной поляризации содержит резонансные пики с ярко выраженными осцилляциями интерференционной природы. Установлено, что период осцилляций линейно растет с уменьшением расстояния между £>° - центрами и слабо зависит от величины магнитного поля. Резонансные пики обнаруживают периодичность, определяемую гибридной частотой.

6. Найдено, что для спектральной зависимости сечения фотоионизации в случае поперечной поляризации света характерен квантово-размерный эффект Зеемана. Промежутки между пиками в дублете Зеемана заполнены осцилляциями интерференционной природы, период которых экспоненциально возрастает с уменьшением расстояния между И0 - центрами и незначительно меняется с ростом магнитного поля. Показано, что расстояние между резонансными пиками, составляющими дублет, определяется циклотронной частотой, а дублеты расположены на кривой поглощения с периодом, определяемым гибридной частотой.

7. В рамках модели потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы получено аналитическое выражение для плотности тока увлечения при фотоионизации -центров в квантовой проволоке с параболическим потенциалом конфайнмента и исследована эволюция спектральной зависимости тока увлечения с изменением величины магнитного поля при рассеянии электронов на системе короткодействующих примесей.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. В рамках модели потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы получено аналитическое решение уравнения Липпмана-Швингера для волновой функции электрона, локализованного на -центре, расположенного в сечении узкого горла микросужения, моделируемого потенциалом «мягкой стенки» при наличии продольного по отношению к оси сужения магнитного поля.

2. Наличие гибридного квантования приводит к стабилизации

-состояний в микросужении. Эффективная длина микросужения играет роль параметра геометрической формы сужения, от значения которого существенно зависит энергия связи -состояния.

3. Следствием магнитного квантования является эффект гибридизации спектра примесного магнитопоглощения в микросужении. Особенность геометрической формы микросужения проявляется в зависимости края полосы примесного магнитооптического поглощения от эффективной длины сужения.

4. В рамках модели потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы получено аналитическое решение уравнения Липпмана-Швингера для волновой функции электрона, локализованного на отрицательном молекулярном ионе соответственно в квантовой проволоке и сужении при наличии продольного магнитного поля.

5. Магнитное поле приводит к значительному изменению положения я- и м-термов и стабилизации -состояний в квантовой проволоке и сужении. Эффективная длина микросужения существенно влияет на величину расщепления между термами и на размер области, где возможно существование -состояний.

6. Наличие -центров в квантовой проволоке проявляется в спектрах примесного магнитооптического поглощения в виде ярко выраженных осцилляций интерференционной природы, период которых существенно зависит от расстояния между - центрами.

7. Развита теория эффекта фотонного увлечения при фотоионизации

-центров в квантовой проволоке при наличии продольного магнитного поля. Для спектральной зависимости плотности тока фотонного увлечения характерен дублет Зеемана, связанный с оптическими переходами электронов из состояния #-терма в гибридно-квантованные состояния квантовой проволоки с магнитным квантовым числом т = ± 1.

Практическая ценность работы

1. Теоретически обоснованная возможность эффективного управления энергией ионизации -центров в магнитном поле позволит использовать легированные микросужения в качестве электронных резервуаров в полупроводниковых приборах с квантовыми контактами.

2. Анализ эффекта гибридизации спектра примесного магнитопоглощения позволяет получить информацию о параметрах конфайнмента и зонной структуры микросужения, а также идентифицировать оптические переходы, связанные с фотоионизацией -центров в квантовой проволоке и микросужении.

3. Развитая теория магнитооптического поглощения при фотоионизации £>2() -центров в структурах с квантовыми проволоками может быть использована для разработки фотоприемников с управляемой полосой примесного поглощения света, а также позволяет идентифицировать оптические переходы, связанные с фотоионизацией и /)2()-центров в квантовой проволоке.

4. Развитая теория эффекта фотонного увлечения при фотоионизации £>2(-) -центров в структурах с квантовыми проволоками в продольном магнитном поле может составить основу для разработки детекторов лазерного излучения с управляемой фоточувствительностью.

Диссертационная работа состоит из трех глав. Первая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию магнитооптических свойств - центра, расположенного в сечении узкого горла микросужения, моделируемого потенциалом «мягкой стенки». В рамках модели потенциала нулевого радиуса аналитически получено дисперсионное уравнение с учетом влияния продольного магнитного поля на £)() - состояния в микросужении. Исследована эволюция энергии связи -центра с изменением величины магнитного поля и эффективной длины сужения. Рассмотрен предельный переход «микросужение квантовая проволока». Выявлена роль фактора геометрической формы микросужения в координатной зависимости энергии связи - состояния и в спектральной зависимости сечения фотоионизации.

Вторая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию состояний электрона, локализованного на £>° - центре (двухцентровая задача) в квантовой проволоке и микросужении соответственно с параболическим потенциалом конфайнмента при наличии продольного магнитного поля. В рамках модели потенциала нулевого радиуса аналитически получены уравнения, описывающие g- и и- термы, соответствующие симметричному и антисимметричному состояниям электрона, локализованного на - центре. Исследована зависимость термов от величины магнитного поля и эффективной длины сужения. Третья глава диссертации посвящена теоретическому исследованию магнитооптических свойств молекулярного иона в квантовой проволоке с параболическим потенциалом конфайнмента. В дипольном приближении рассчитаны сечения фотоионизации центров в квантовой проволоке для случая поперечной и продольной по отношению к направлению магнитного поля поляризации света. Исследован эффект гибридизации спектра примесного магнитооптического поглощения, а также зависимость периода осцилляций интерференционной природы от расстояния между £>° центрами в квантовой проволоке. В этой же главе развита теория эффекта фотонного увлечения при фотоионизации - центров в планарной структуре из квантовых проволок при наличии продольного магнитного поля. В режиме короткого замыкания в приближении сильного магнитного квантования получено аналитическое выражение для плотности тока увлечения и исследована его спектральная зависимость при рассеянии электронов на системе короткодействующих примесей.

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Марко, Антон Александрович

Основные результаты и выводы

1. Проведено теоретическое исследование состояний электрона, локализованного на доноре в МС с параболическим потенциалом конфайнмента при наличии продольного по отношению к оси сужения магнитного поля. В рамках модели потенциала нулевого радиуса аналитически получено дисперсионное уравнение электрона с учетом влияния магнитного поля на состояния в сечении узкого горла МС. Найдено, что особенность электронного спектра в МС проявляется в зависимости энергии связи - состояния и края полосы примесного поглощения от эффективной длины сужения. Исследована эволюция энергии связи и сечения фотоионизации £)() - центра с ростом эффективной длины сужения Ьг. Установлено, что влияние параметра Ь~1 на £>(-)- состояния в МС, аналогично влиянию магнитного поля на £>()-состояния в КП.

2. В рамках модели потенциала нулевого радиуса рассмотрена задача о связанных состояниях электрона в поле двух Б0 - центров (двухцентровая задача) в КП и МС соответственно с параболическим потенциалом конфайнмента при наличии продольного магнитного поля. Аналитически получены уравнения, описывающие g- и и- термы, соответствующие симметричным и антисимметричным состояниям электрона, локализованного на - центре. Показано, что магнитное поле приводит к значительному изменению положения термов и стабилизации В^ -состояний в КП и МС. Найдено, что энергия g- и и- состояний, а также величина расщепления между термами зависит от пространственной конфигурации молекулярного иона £>2() в КП и МС. Установлено, что эффективная длина МС существенно влияет на величину расщепления между термами и на размер области, где возможно существование состояний.

3. Теоретически исследована структура в магнитооптическом спектре КП, связанная с оптическими переходами электрона из состояния g- терма в гибридно-квантованные состояния КП. Получены аналитические формулы для сечений фотоионизации - центра в случае продольной и поперечной по отношению к оси КП поляризации света. Найдено, что спектр магнитопоглощения света как продольной, так и поперечной поляризации содержит резонансные пики с ярко выраженными осцилляциями интерференционной природы. Показано, что следствием магнитного квантования является эффект гибридизации спектра примесного магнитопоглощения в КП с центрами. Найдено, что в случае поперечной поляризации света для спектральной зависимости сечения фотоионизации - центра характерен квантово-размерный эффект Зеемана. Показано, что период осцилляций в дублете и между дублетами Зеемана экспоненциально возрастает с уменьшением расстояния между £>° - центрами и незначительно меняется с ростом магнитного поля.

4. Развита теория эффекта фотонного увлечения при фотоионизации центров в планарной структуре из КП при наличии продольного магнитного поля. В режиме короткого замыкания в приближении сильного магнитного квантования получено аналитическое выражение для плотности тока увлечения при рассеянии электронов на системе короткодействующих примесей. Найдено, что спектральная зависимость тока увлечения имеет дублетную структуру с ярко выраженным пиком, связанным с оптическими переходами электронов из g- состояния центра в гибридноквантованные состояния с магнитным квантовым числом т = +1. Показано, что релаксационные процессы приводят к размытию «низкоэнергетического» пика (т = -1) в дублете Зеемана в полосу с осцилляциями интерференционной природы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы

AI. Кревчик В.Д., Марко A.A., Семенов М.Б., Грунин А.Б. Математическое моделирование одномерного молекулярного иона D2(-) в продольном магнитном поле. //Изв. вузов. Поволжский регион. Серия «Естественные науки» 2003. - №6, С. 57 - 65.

А2. Марко A.A. Квантово-размерный эффект Зеемана в квантовых нитях с D^ - центрами. Десятая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. - Екатеринбург-Москва. - 2004. - С. 488.

A3. Марко A.A. Эффект увлечения одномерных электронов при фотоионизации молекулярных ионов D^ в продольном магнитном поле.

Труды V международной конференции «Ломоносов — 2004». — Москва, — 2004. - С. 68.

A4. Кревчик В.Д., Марко A.A., Грунин А.Б., Семенов М.Б. Эффект гибридизации размерного и магнитного квантования в спектрах оптического поглощения наногетеросистем с В(-)-состояниями. //Известия вузов. Сер. Физика. — 2004. — №9. — С. 67-75.

А5. Кревчик В.Д., Марко A.A., Грунин А.Б. Магнитооптические свойства молекулярного иона D2(-) в квантовой нити. //ФТТ. — 2004, - №11. — С.2099-2104.

А6. Жуковский В.Ч., Кревчик В.Д., Марко A.A., Семенов М.Б., Грунин А.Б. Термы одномерного молекулярного иона D2(-) в продольном магнитном поле. //Вестник МГУ Серия «Физика и астрономия». — 2004. — №5 — С. 7-10.

А7. Марко A.A. Магнитооптические свойства Dцентра в микросужении. Тезисы докладов шестой всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. — С.-Петербург. — 2004. - С. 78.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Марко, Антон Александрович, 2005 год

1. Hawrylak P., Grabowski М. Hydrogenic impurity in a parabolic quantum wire in a magnetic field: Quantum chaos and optical properties. // Phys. Rew. B. — 1994.-v.49.-P.8174.

2. Bruus H., Flensberg K., Smith H. Magnetoconductivity of quantum wires with elastic and inelastic scattering // Phys. Rew. B. 1993. - v.48. - P. 11144.

3. Spiros V. Branis, Gang Li, Bajaj К. K. Hydrogenic impurities in quantum wires in the presence of a magnetic field // Phys. Rew. B. 1993. - v.47. — P. 1316.

4. Chaudhuri S., Bandyopadhyay S., Cahay M. Current, potential, electric field, and Fermi carrier distributions around localized elastic scatterers in phase-coherent quantum magnetotransport // Phys. Rew. B. — 1993. — v.47. — P. 12649.

5. Tso H.C., Vasilopoulos P. Coulomb drag between quantum wires in a magnetic field // Phys. Rew. B. 1992. - v.45. - P. 1333.

6. Tso H.C., Vasilopoulos P. Magnetotransport along a quantum wire // Phys. Rew. В. 1991.-v.44.-P. 12952.

7. Леденцов H.H., Устинов B.M., Щукин В.А., Копьев П.С., Алфёров Ж.И., Бимберг Д. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры (обзор). //ФТП. -1998. 32(4). - С. 385-410.

8. Krevchik V.D., Grunin А.В., Aringazin А.К., Semenov M.B., Kalinin E.N., Mayorov V.G., Marko A.A., Yashin S.V. Magneto-optics of quantum wires with D~ centers. // Hadronic Journal. - 2003. - v.26. - № 1. - P. 31-56.

9. Кревчик В.Д., Грунин А.Б. Эффект увлечения одномерных электронов при фотоионизации D~ центров в продольном магнитном поле. //ФТТ. - 2003. - 45(7). - С. 1272-1279.

10. Галкин Н.Г., Маргулис В.А., Шорохов А.В. Внутризонное поглощение электромагнитного излучения квантовыми наноструктурами спараболическим потенциалом конфайнмента. //ФТТ. — 2001. 43(3).— С. 511-519.

11. Fujito М., Natori A., Yasunaga Н. Magneto-optical absorption spectrum of a D'ion in a GaAs-Gao.75AIo.25As quantum well. // Phys. Rew. B. 1995. - v.5. - №7. - P. 4637-4640.

12. Huant S., Najda S.P. Two-Dimensional D" centers. //Phys. Rev. Lett. -1990. - v.65. - №12. - P. 1486-1489.

13. Huant S., Mandray A. Well-width dependence of D~ cyclotron resonance in quantum wells. //Phys. Rev. B. - 1993. - v.48. -№4. - P. 2370-2374.

14. Fujito M., Natori A., Yasunada H. // Phys. Rev. B. — 1996. — v. 42. — P. 2734.

15. Пахомов А. А., Халипов К. В., Яссиевич И. Н. Локальные электронные состояния в полупроводниковых квантовых ямах // ФТП. — 1996. — т. 30.— №8. — С. 1387— 1394.

16. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции, т. 1, т. 2. — М.: Наука, 1973.

17. Градштейн И. С., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. — М.: Физматгиз, 1962.

18. Larsen A. //Phys. Rev. В. 1999. - v.48. - №4. - P. 3458-3461.

19. Klitzing К., Gorda G., Pepper M. // Phys.Rev.Lett. 1980. Vol.45. - P.494.

20. Tsui D.C., Stormer H.L., Gossard A.C. // Phys.Rev.Lett. 1982. Vol.48. -P.1559.

21. Laughlin R.B. //Phys.Rev.Lett. 1983. Vol.50. -P.1395.

22. Aharonov Y., Bohm D. // Phys.Rev. 1959. Vol.115. - P.485; Phys.Rev. -1961. Vol.123.-P.1511.

23. Landauer R. // IBM J.Res.Dev. 1957. - Vol.1. P.223; IBM J.Res.Dev. -1988.-Vol.32. P.306.

24. Buttiker M. // Phys.Rev.Lett. 1986. Vol.57. - P. 1761.

25. Sotomayor C.M., Wang F.D., Ledentcov N.N., Tang Y.-S. Proc. SPIE The international society for optical engeneering.- 1994. v.2141. p.2

26. Обзоры работ представлены в: Optical properties of low dimensional semiconductors, ed. by G. Abstreiter, A. Aydinli, J.-P. Leburton. 1997. v. 344.

27. Екимов А.И., Онущенко A.A. //Письма ЖЭТФ, 34, 363, (1981).

28. Ledentcov N.N., Grundmann М., Kirstaedier N., Schmidt О., Alferov Zh.I. //Sol. St. Electron, 40, 785 (1996).

29. Shchukin V.A. World Scientific, Singapure. v. 2, p. 1261.

30. Бимберг Д., Ипатова И.П., Леденцов H.H., Копьев П.С., Малышкин В.Г., Щукин В.А. //УФН, 167, 552 (1997).

31. Леденцов H.H., Копьев П.С. //ФТП, 22, 1729 (1998).

32. Ivanov S.V., Kopiev P.S., Ledentcov N.N., Cryst J. Growth, 104, 345 (1990).

33. Simhony S., Kapon E., Colas Т., Hwang D.M., Stoffel N.G., Worland P. //Appl. Phys. Lett., 59, 2225, (1991).

34. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Samoylov V.A., Gutakovsky A.K. Microelectr. Eng. 30, 439 (1996).

35. Marray C.D., Norris D.J., Bawendi M.G. // J. Am. Chem. Soc. 1993. -v.ll.-P. 8706.

36. Salvarezza R.C., Vazques L. // Phys. Rev. Lett. 1996. - v.77. - P. 4572.

37. Vlasov Y.A., Astratov V.N. // Phys. Rev. B. 1997. - v.55. - P. R113357.

38. XiaJ.B.,Li J.//Phys. Rev.B.- 1999.-v.60.-P. 11540.

39. Martinos S.S. // Phys. Rev. B. 1989. - v.39. - P. 1363.

40. Ruppin R. // Phys. Rev. B. 1992. - v.45. - P. 11209.

41. Смирнов B.M., Вайделе X. // ЖЭТФ. 1999. - т.116. - С. 1903.

42. Mic G. // Ann. Phys (Leipzig) 1998. - v.25. P. 377.

43. Albe V., Jouanin C., Bertho D. // Phys. Rev. B. 1998. - v.58. - P. 4719.

44. Aharonov Y., Böhm В. // Phys. Rev. B. 1953. - v.l 15. - P. 485.

45. Bogachek E.N., Landman U. // Phys. Rev. B. 1995. - v.52. - P. 14067.

46. Keyser U.F., Bork S., Hang R.J. // Semicond. Sei. Technol. -2002. v.l7. -P. 122.

47. Pedersen S., Hansen A.E., Sorensen C.B. // Phys. Rev. B. 2000. - v.61. -P. 5457.

48. Bykov A.A., Olshantsky E.B., Litvin L.V., Gusev G.M. // Phys. Rev. B. -1998.-v.2. P. 408.

49. FongL C.Y., Yang H., Nelson J. S., Esak L. // Phys. Rev. B. 1990. - v.41. -P. 10667.

50. Takagaki Y., Ferry D.K. // Phys. Rev. B. 1995. - v.43. - P. 11634.

51. Ajiki H., Ando T. // J. Phys. Soc. Jpn. 1999. — v.62. — P. 1255.

52. Nardell M. B. // Phys. Rev. B. 1999. - v.60. - P. 7828.

53. Гейлер B.A., Маргулис B.A., Шорохов A.B. // ЖЭТФ. 1999. - т.155. №4.-С. 1450-1462.

54. Wees B.J., Houten Н., Beenakle C.W.J., Williamson J.G., Kounkovwen L.P., Foxon C.T. // Phys. Rev. Lett. 1988. - v.60. - P. 848.

55. Wharam D.A., Thornton T.J., Newbury R., Pepper M., Ahmed H., Frost J.E.F., Hasko P.G., Peacock D.C., Ritchir D.A., Jones G.A.C. // Phys. Rev. В.- 1988.-v.21.-P. 209.

56. Галкин Н.Г., Гейлер B.A., Маргулис В.А. Электронный транспорт через микросужение в произвольно ориентированном магнитном поле. // ЖЭТФ. 2000. - т. 117. - С. 593-603.

57. Галкин Н.Г., Гейлер В.А., Маргулис В.А. Квазибаллистический электронный транспорт в трехмерном микросужении. // ЖЭТФ. — 2000. -Т.118.-С. 233-237.

58. Галкин Н.Г., Маргулис В.А., Шорохов А.В. Электродинамическая восприимчивость квантовой нанотрубки в параллельном магнитном поле. // ФТТ. 2002. - т.44. - С. 466-467.

59. Булаев Д.В., Гейлер В.А., Маргулис В.А. Электродинамический отклик наносферы // ФТТ. 2002. - 44(3). - С. 471-472.

60. Булаев Д.В., Маргулис В.А. Поглощение электромагнитного излучения электронами наносферы. // ФТТ. 2002. - 44(9). - С. 1557-1567.

61. Bulaev D.V., Geyler V.A., Margulis V.A. Magnetic response for an ellipsoid of revolution in a magnetic field. // Phys. Rev. B. 2000. - v.62. - P. 1151711526.

62. Halperin B.I.//Phys. Rev. В. 1982.-v.25.-P. 2185

63. Cheung H.F., Gefen Y., Riedel E.K. // Phys. Rev. B. 1988. - v.37. -P. 6050.

64. Taa W.C., Inkson J.C. // Phys. Rev. B. 1999. - v.60. - P. 5626.

65. Viefers S., Deo P.S. // Phys. Rev. B. 2000. - v.62. - P. 10668.

66. Chenng H.F., Riedel E.K. // Phys. Rev. Lett. 1989. - v.62. - P. 587.

67. Levy L.P., Dolan G., Bouchiat M. // Phys. Rev. Lett. 1990. - v.64. -P. 2074.

68. Mailly D., Chapelier C., Benoit // Phys. Rev. Lett. 1993. - v.70. - P. 2020.

69. Nagoshi Y., Takagi S. // J. Phys. A. 1991. - v.24. - P. 4093.

70. Berry M.V., Kaating J.P. // J. Phys. A. 1994. - v.27. - P. 6167.

71. Kawabota S. // Phys. Rev. B. 1999. - v.60. - P. R8457.

72. Nitta J., Meijer F., Narita Y. // Physica E. 2000. - v.6. - P. 318.

73. Aristov D.N. // Письма в ЖЭТФ. 1999. - т.70. - С. 405.

74. Malits P., Vagner I.D. // Phys. Rev. В. 1999. - v.32. - P. 1507.

75. Рувинский M.A., Рувинский Б.М. Влияние толщины на статическую электропроводность квантовой полупроводниковой проволоки. // ФТП. — 2005. — т. 39. — № 2. — С. 247 — 250.

76. D. Tobben, D.A. Wharam, G. Abstreiter, J.P. Kotthaus, F. Schaffler. Phys. Rev. В 52, 7, 4704(1995).

77. Демков Ю.Н., Островский B.H. Метод потенциалов нулевого радиуса в атомной физике.-Ленинград, 1975.

78. Пахомов A.A., Халинов К.В., Яссиевич И.Н. //ФТП. 1996.-Т. 30.-№8-с. 1387.

79. КревчикВ.Д., Зайцев Р.В. //ФТП.-2000-т. 34.-№10.-с. 1244.

80. Гейлер В. А., Маргулис В. А., Филина J1. И. Проводимость квантовой проволоки в продольном магнитном поле. // ЖЭТФ. — 1998. — т. 113.1. Вып. 4. — С. 1377 — 1396.

81. Шик А .Я. //ФТП. 1986. - т. 20. - №9. - с. 1598.

82. Данишевский A.M., Кастальский А.А., Рывкин С.М., Ярошецкий И.Д. Увлечение свободных носителей фотонами при прямых межзонных переходах в полупроводниках. // ЖЭТФ. — 1970. — т. 58. — Вып. 2. — С. 544 — 550.

83. Гринберг А.А. Теория фотоэлектрического и фотомагнитного эффектов, обусловленных давлением света. // ЖЭТФ. — 1970. — т. 58. — Вып. 3.1. С. 989 — 995.

84. Valov P.M., Grinberg А.А., Danishevskii A.M., Kastalskii A.A., Ryvkin S.M., Yaroshetskii I.D. // Proc. 10th Int. Conf. Semicond., Cambridge (Mass.), 1970. —P. 683.

85. Валов П.М., Данишевский A.M., Кастальский A.A., Рывкин B.C., Рывкин C.M., Ярошецкий И.Д. // ЖЭТФ. — 1970. — т. 59. — С. 1919.

86. Агафонов В.Г., Валов П.М., Рывкин Б.С., Ярошецкий И.Д. // ФТП. — 1972. —т. 6. —С. 909.

87. Yee J.H. // Phys. Rev. В. — 1972. — v. 6. — P. 2279.

88. Gibson A.F., Walker A.C. // J. Phys. C. — 1971. — v. 4. — P. 209.

89. Panyakeow S., Shirafuji J., Inuishi Y. // Appl. Phys. Lett. — 1972. — v. 21.1. P. 314.

90. Гринберг А.А., Маковский JI.JI. // ФТП. — 1970. — т. 4. — С. 1162.

91. Валов П.М., Рывкин Б.С., Рывкин С.М., Титова Е.В., Ярошецкий И.Д. // ФТП.—1971. —т. 5. —С. 1772.

92. Агафонов В.Г., Валов П.М., Рывкин Б.С., Ярошецкий И.Д. // ФТП. — 1972. —т. 6. —С. 2219.

93. Валов П.М., Данишевский A.M., Ярошецкий И.Д. // ЖЭТФ. — 1970. — т. 59. —С. 722.

94. Маковский Л.Л. // ФТП. — 1970. — т. 4. — С. 1563.

95. Гринберг A.A., Брынских H.A., Имамов Э.З. // ФТП. — 1971. — т. 5. — С. 1271.

96. Валов П.М., Рыбкин Б.С., Рыбкин С.М., Титова Е.В., Ярошецкий И.Д. // ФТП. — 1972. —т. 6. —С. 123.

97. Walker A.C., Tilley D.R. // J. Phys. С. — 1971. — v. 4. — P. 4378.

98. Имамов Э.З.//ФТП.— 1972. — т. 6. — С. 1693.

99. Valov P.M., Ryvkin B.S., Ryvkin S.M., Yaroshetskii I.D. // Phys. St. Sol. (b).1972. —v. 53. —P. 65.

100. Valov P.M., Grinberg A.A., Imamov E.Z., Makovsky L.L., Ryvkin B.S., Ryvkin S.M., Yaroshetskii I.D. // Proc. 11th Int. Conf. on Phys. of Semicond., Warszawa, 1972. —P. 1058.

101. Umeno M., Hattori H., Jimbo Т., Fujitani O., Miki S. // Proc. 11th Int. Conf. on Phys. of Semicond., Warszawa, 1972. — P. 1064.

102. Имамов Э.З., Кревчик В.Д. Теория эффекта фотонного увлечения, обусловленного импульсом фотона при двухфотонных межзонных оптических переходах с участием глубоких примесных центров // ФТП.1979. —т. 13. —№6. —С. 1194—1196.

103. Кревчик В.Д., Имамов Э.З. Особенности поглощения света глубокими примесными центрами в тонких полупроводниковых слоях // ФТП. — 1983. —т. 17. —№7. —С. 1235 — 1241.

104. Васько Ф.Т. Фотонное увлечение двумерных электронов // ФТП. — 1985. — т. 19. — № 7. — С. 760 — 762.

105. Расулов Р.Я., Саленко Ю.Е., Эски Т. Эффект увлечения носителей тока фотонами в квантовой яме. // ФТТ. — 1998. — т. 40. — № 9. — С. 17101711.

106. Юб.Базь А.И., Зельдович Я.Б., Переломов A.M. Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике. — М.: Наука, 1971.