Самодифракция и нелинейно-оптические свойства экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Смирнов, Александр Михайлович

• Смирнов, Александр Михайлович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Смирнов, Александр Михайлович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Свойства экситонов в полупроводниковых квантовых точках (обзор литературы)

§1.1. Экситоны в полупроводниковых квантовых точках СёБе^пБ

§ 1.2. Особенности процессов релаксации и рекомбинации возбужденных

носителей зарядов в квантовых точках Сс18е/2п8

§ 1.3. Эффект заполнения состояний при резонансном однофотонном

возбуждении экситонов в квантовых точках Сс18е/2п8

§§ 1.3.1. Процесс насыщения поглощения в квантовых точках в рамках

двухуровневой модели

§§ 1.3.2. Влияние тонкой структуры основного экситонного перехода

на эффект заполнения состояний в квантовых точках Сс18е/2п8

§ 1.4. Штарковский сдвиг экситонного поглощения в квантовых точках

С <18е/2л8

§ 1.5. Метод наведенных динамических дифракционных решеток для

исследования нелинейно-оптических явлений в полупроводниках

§ 1.6. Применение коллоидных квантовых точек С<18е/2п8

Глава 2. Особенности самодифракции при резонансном однофотонном возбуждении экситонов в квантовых точках Сё8е/2п8 двумя

пересекающимися ультракороткими лазерными лучами

§ 2.1. Спектры пропускания и спектры возбуждения фотолюминесценции

исследуемых образцов коллоидных квантовых точек Сс18е/2п8

§§2.1.1. Спектры пропускания коллоидных КТ С<18е/2п8

§§ 2.1.2 Установка для измерения спектров фотолюминесценции и

спектров возбуждения фотолюминесценции

§§ 2.1.3. Спектры возбуждения фотолюминесценции исследуемых образцов КТ Сё8е/гп8

§§ 2.1.4. Распределение исследуемых образцов КТ СёБе/ТпБ по

размерам

§ 2.2. Самодифракция на наведенной дифракционной решетке при однофотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых

точках СёБе/^Б двумя лучами лазера

§§ 2.2.1. Установка для изучения особенностей самодифракции двух лазерных лучей на наведенной дифракционной решетке в коллоидном растворе

квантовых точек Сс18е/2л8

§§ 2.2.2. Самодифракция двух лазерных лучей на наведенной

дифракционной решетке в коллоидных квантовых точках СёЗе/ХпБ

§ 2.3. Особенности само дифракции лазерного луча на наведенной диафрагме в коллоидных квантовых точках СсШе/^пБ при резонансном однофотонном возбуждении экситонов, сопровождающей самодифракцию на

наведенной дифракционной решетке

§§ 2.3.1. Самодифракция лазерного луча на наведенной диафрагме в

коллоидных квантовых точках С(18е/2п8

§§ 2.3.2. Зависимость пропускания коллоидных квантовых точек

СёБе/ТпБ от энергии возбуждающих импульсов

Глава 3. Особенности самодифракции ультракоротких импульсов лазера на двухфотонно возбуждённой дифракционной решётке в

коллоидных квантовых точках Сё8е/2п8

§ 3.1. Двухфотонное поглощение в квантовых точках СёБе^пБ при

резонансном возбуждении основного экситонного перехода

§ 3.2. Экспериментальная установка для установления особенностей самодифракции на наведенной дифракционной решетке в коллоидных квантовых

точках Сё8е/2л8 при двухфотонном возбуждении экситонов

§ 3.3. Особенности самодифракции на наведенной дифракционной решетке при двухфотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках Сс18е/2п8 двумя лучами лазера при изменении уровня возбуждения

Глава 4. Особенности самодифракции трех пересекающихся ультракоротких лазерных лучей на двумерной динамической дифракционной решетке при резонансном однофотонном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках С<18е^п8

§ 4.1. Взаимодействие трех пересекающихся ультракоротких лазерных

лучей в нелинейной оптической среде

§ 4.2. Схема экспериментальной установки

§ 4.3. Особенности самодифракции на динамической двумерной

дифракционной решетке в коллоидных квантовых точках Сс18е/21п8

§§ 4.3.1. Самодифракция трех взаимодействующих лазерных лучей на

динамической двумерной дифракционной решетке

§§ 4.3.2. Углы распространения самодифрагированных лучей на

наведенной двумерной решетке

§ 4.4. Время релаксации возбужденных экситонов в коллоидных

квантовых точках Сс18е/2п8

Заключение

Благодарности

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Самодифракция и нелинейно-оптические свойства экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS»

Введение

Активное изучение свойств полупроводниковых квантовых точек (КТ) продолжается на протяжении последних тридцати лет. Начались исследования в данной области в начале 1980-ых годов. Одна из первых работ посвящена оптическим свойствам нанокристаллов CuCl в стеклянной матрице [1], уже два года спустя ученые из ФТИ им. А.Ф. Иоффе [2,3] и Bell Laboratories [4] независимо объяснили ряд важнейших физических и оптических свойств полупроводниковых нанокристаллов. Вскоре последовали работы по исследованию коллоидных растворов КТ [5,6]. Базовая теоретическая основа для описания наблюдаемых свойств нанокристаллов была развита менее чем за десять лет, а исследовательская работа, направленная на изучение особенностей фундаментальных физических процессов в этих материалах, ведется до сих пор.

Одним из определяющих свойств КТ является квантово-размерный эффект. Свойства полупроводниковых КТ определяются их физическими размерами. Как только стало возможным создавать КТ с заданными размером [7,8], дисперсией размеров [8-10] и формой [11, 12] (КТ с определенным энергетическим спектром), стало возможным создание на их основе приборов и материалов с контролируемыми характеристиками. Тем не менее, для достижения полного контроля параметров таких приборов и материалов требуется детальное и четкое понимание фундаментальных физических процессов в данных структурах, которые до сих остаются не до конца изученными.

Установление оптических и нелинейно-оптических свойств полупроводниковых КТ позволяет определять связь между морфологией, оптикой и материальными параметрами исследуемых структур. В данной работе представлены результаты исследований, раскрывающие особенности нелинейно-оптических и электрооптических свойств экситонов (чтобы подчеркнуть сильное кулоновское взаимодействие электрона и дырки в полупроводниковых КТ, основной электронно-дырочный переход называется

экситонным переходом) в коллоидных КТ СдБе^пБ. В полупроводниковых КТ выделяют оптические нелинейности двух типов: безынерционную (классическую) нелинейность в прозрачной среде при взаимодействии света со связанными электронами, ответственную за процессы двухфотонного поглощения, генерации гармоник, нелинейного изменения показателя преломления и др. и динамическую (резонансную, сильную) нелинейность в поглощающей среде при возбуждении свободных носителей (нелинейное поглощение и преломление, возникающие в результате эффекта заполнения состояний). Стоит особенно выделить возможность изменения поглощения и преломления за счет штарковского сдвига основного электронно-дырочного перехода под действием наведенного электрического поля. Несмотря на то что природа этих нелинейных процессов в полупроводниковых КТ достаточно хорошо изучена, остается ряд нераскрытых вопросов: как эти процессы сосуществуют, какие из них стоит считать доминирующими при разных уровнях оптического возбуждения и др. Поэтому исследование нелинейных процессов в коллоидных КТ Сс18е/2п8 представляет большой интерес, как для выявления их фундаментальных свойств, так и для корректного применения в технике и науке (оптическое ограничение, оптические переключатели, лазеры на КТ, насыщающиеся поглотители для модуляции добротности и синхронизации мод лазеров и т.д.). Эффективность и чувствительность нелинейно-оптических приборов зависит от значений нелинейного изменения преломления и/или поглощения. Величины данных нелинейностей резко возрастают при резонансном возбуждении электронно-дырочных переходов. В полупроводниковых КТ в качестве основных эффектов, ответственных за зависимое от интенсивности возбуждающего света изменение поглощения и преломления, выделяют эффект заполнения состояний и штарковский сдвиг экситонного перехода [13-18], в то время как в объемных полупроводниках множество различных процессов (заполнение зоны, перенормировка ширины запрещенной зоны, экранирование экситонов и т.д.) могут вносить вклад в нелинейный показатель поглощения и преломления. Благодаря зависимости

энергетического спектра КТ от их размера возможно подобрать КТ соответствующего размера для резонансного одно- и двухфотонного возбуждения основного электронно-дырочного (экситонного) перехода, используя импульсы Ы(1+3:УАО лазера с пассивной синхронизацией мод и его второй гармоники.

Цели работы

1. Выявить нелинейные оптические и электрооптические процессы, ответственные за самодифракцию двух лазерных лучей на наведенной одномерной динамической дифракционной решетке в случае однофотонного резонансного возбуждения основного электронно-дырочного (экситонного) перехода в коллоидных квантовых точках СёЗе/ТлБ. Установить влияние сопутствующего процесса образования наведенного канала прозрачности, приводящего к само дифракции на наведенной диафрагме. Методом накачки и зондирования наведенной нестационарной дифракционной решетки определить процессы релаксации возбужденных экситонов.

2. Выявить особенности самодифракции двух лазерных лучей на наведенной одномерной динамической дифракционной решетке при двухфотонном резонансном возбуждении основных разрешенных экситонных переходов и определить физические явления, ответственные за соответствующее нелинейное изменение преломления и поглощения в коллоидных квантовых точках СёБе/ТпЗ.

3. Создать двумерную динамическую дифракционную решетку (режим динамического двумерного фотонного кристалла) при однофотонном резонансном возбуждении основного экситонного перехода в коллоидных квантовых точках Сс18е/2п8 тремя лазерными лучами. Установить особенности самодифракции трёх лучей лазера на наведенной динамической дифракционной решетке.

Научная новизна работы

1. Впервые обнаружена самодифракция двух мощных ультракоротких лучей лазера на сформированной ими нестационарной дифракционной решетке при однофотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках СёЗе/ТлБ, сопровождаемая самодифракцией на наведенном канале прозрачности. Образование канала прозрачности и наведенной дифракционной решетки в коллоидном растворе квантовых точек объяснено сосуществующими и конкурирующими процессом насыщения основного электронно-дырочного (экситонного) перехода и длинноволновым штарковским сдвигом спектра экситонного поглощения.

2. Выявлены особенности самодифракции двух лазерных лучей при двухфотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках СсШе^пБ при изменении уровня возбуждения. Кубическая зависимость интенсивности самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов при двухфотонном возбуждении квантовых точек Сс18е/2п8 объяснена процессом четырехволнового взаимодействия. Обнаруженная зависимость интенсивности самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов выше 5-ой степени объяснена ростом двухфотонного поглощения и поглощения на возбужденных носителях, штарковским сдвигом спектра поглощения в длинноволновую область, приводящими к образованию не только фазовой, но и наведенной амплитудной дифракционной решетки.

3. Обнаружена самодифракция трех лазерных лучей, пересекающихся в кювете с коллоидными квантовыми точками Сс^е/ТиБ, при однофотонном резонансном возбуждении экситонов и объяснена их дифракцией на наведенной динамической двумерной дифракционной решетке (режим двумерного фотонного кристалла), возникающей за счет сосуществующих и конкурирующих процесса насыщения основного экситонного перехода и длинноволнового пггарковского сдвига спектра экситонного поглощения.

Практическая значимость работы

В данной работе представлены результаты исследований, раскрывающие особенности нелинейно-оптических и электрооптических свойств экситонов в полупроводниковых коллоидных КТ Сс18е/2п8. Впервые получены научные результаты, отражающие ряд новых характерных черт фундаментальных физических явлений, возникающих при резонансном одно- и двухфотонном взаимодействии мощных лазерных импульсов с экситонами в коллоидных КТ СёБе^пБ. Более тщательное выявление оптических особенностей в коллоидных КТ, несомненно, будет способствовать дальнейшему развитию науки и техники. Полученные результаты указывают на необходимость учета ряда важных особенностей фундаментальных процессов в полупроводниковых наноструктурах при их внедрении во многие области науки и техники, а также определяют направления возможных дальнейших исследований оптических, нелинейно-оптических и электрооптических свойств коллоидных КТ, необходимых для создания и повышения эффективности новых приборов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Обнаружена самодифракция двух ультракоротких импульсов лазера на сформированной ими нестационарной дифракционной решетке при однофотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках С<18е/2п8, сопровождаемая самодифракцией на наведенном канале прозрачности.

При однофотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках Сё8е/2пБ канал прозрачности и наведенная дифракционная решетка возникают за счет сосуществующих и конкурирующих процессов насыщения основного электронно-дырочного перехода и длинноволнового пггарковского сдвига спектра экситонного поглощения.

2. Обнаруженная самодифракция двух ультракоротких лазерных импульсов при двухфотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках Сс18е/7п8 объяснена дифракцией на наведенной

ими нестационарной фазовой дифракционной решетке, возникающей за счет значительного нелинейного изменения коэффициента преломления в поле возбужденной стоячей волны при четырехволновом взаимодействии в прозрачной нелинейной среде с большим значением кубической нелинейности, что, по-видимому, связано с её увеличением в случае достижения промежуточного резонанса (достижения экситонного резонанса в квантовых точках для суммарной энергии двух фотонов).

Кубическая зависимость интенсивности самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов при двухфотонном возбуждении квантовых точек СёБе/ТпБ объяснена процессом четырехволнового взаимодействия. Обнаруженная зависимость интенсивности

самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов выше 5-ой степени может быть объяснена ростом величины двухфотонного поглощения, сопровождающегося поглощением на двухфотонно возбужденных носителях, приводящим к образованию, помимо фазовой, наведенной амплитудной дифракционной решетки.

1. Обнаруженная самодифракция трех лазерных лучей, пересекающихся в кювете с коллоидными квантовыми точками СёБе/21п8, при однофотонном резонансном возбуждении экситонов объяснена их дифракцией на наведенной динамической двумерной дифракционной решетке (режим двумерного фотонного кристалла), которая образуется за счет сосуществующих и конкурирующих процессов насыщения основного электронно-дырочного перехода и длинноволнового штарковского сдвига спектра экситонного поглощения, ответственных за нелинейное изменение поглощения.

Достоверность и надежность результатов

Главные положения диссертации подкреплены и обоснованы тщательной и многосторонней экспериментальной работой, результаты которой находятся в согласии с базовыми теоретическими положениями. В работе продемонстрировано высокое согласие полученных экспериментальных

результатов и выводов, сделанных на их основании, с рядом теоретических предсказаний и выводов, представленных в работах других авторов, опубликованных в российских и зарубежных реферируемых журналах. Достоверность и надежность результатов мотивирована подробной и детальной проработкой методики экспериментов, точной юстировкой экспериментальных установок, что подтверждается их воспроизводимостью. Результаты исследований опубликованы в реферируемых журналах и докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах.

Апробация работы. Результаты, полученные в ходе работы над данной диссертацией, докладывались на научной конференции «Ломоносовские чтения. Секция Физика» (Москва, 2012), международной конференции «Ломоносов. Секция Физика» (Москва, 2012), 21-ой международной конференции «Week of Doctoral Students» (Czech Republic, Prague, 2012), международной конференции «ICONO/LAT» (Russia, Moscow, 2013), международной конференции «SPIE Optics and Optoelectronics» (Czech Republic, Prague, 2013), XI Российской конференции по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 2013), международной конференции «SPIE Photonics Europe» (Belgium, Brussels, 2014), международном симпозиуме "Nanostructures: Physics and Technology" (Санкт-Петербург, 2014).

Публикации и личный вклад автора

По основным результатам исследований, представленным в диссертации, опубликовано 3 работы в реферируемых журналах и 7 работ в сборниках трудов международных и российских конференций.

Личный вклад автора заключается в разработке экспериментальной методики, проведении экспериментальных измерений, расчетов и интерпретации полученных результатов.

Основные публикации по теме диссертации

1) V.S. Dneprovskii, A.R. Kanev, M.V. Kozlova and A. Smirnov, Self-action effects in semiconductor quantum dots, Proc. of SPIE, Vol.9136, p.9136Y-l-9136Y-6, 2014.

2) B.C. Днепровский, M.B. Козлова, A.M. Смирнов, Самодифракция ультракоротких импульсов лазера при резонансном возбуждении экситонов в коллоидном растворе квантовых точек CdSe/ZnS, Квантовая Электроника, 43 (10), 927-930, 2013.

3) V. Dneprovskii, A. Smirnov and М. Kozlova, Self-diffraction of laser beams in the case of resonant excitation of excitons in colloidal CdSe/ZnS quantum dots, Proc. of SPIE, Vol. 8772, p. 877209-1 - 877209-7, 2013.

4) A. Smirnov, V. Dneprovskii, M. Kozlova, Dynamic photonic crystal regime and recombination of excitons in colloidal quantum dots, 22nd Int. Symp. «Nanostructures: Physics and Technology», Russia, Saint Petersburg, QWQD.13p, 190-191,2014.

5) V.S. Dneprovskii, A.R. Kanev, M.V. Kozlova, and A. Smirnov, Self-action effects in semiconductor quantum dots, «SPIE Photonics Europe», Belgium, Brussels, 14-18 April, 9136-70, 2014.

6) Днепровский B.C., Смирнов A.M., Козлова M.B, Нелинейные оптические процессы при самодифракции двух типов в полупроводниковых квантовых точках CdSe/ZnS, Тезисы докладов XI российской конференции по физике полупроводников, Россия, Санкт-Петербург, 16-20 сентября, 289, 2013.

7) V. Dneprovskii, М. Kozlova, A. Smirnov, Competing and coexisting nonlinear optical processes responsible for two types self-diffraction of laser beams in the colloidal CdSe/ZnS quantum dots, Technical Digest of the International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, Lasers, Applications and Technologies ICONO/LAT 2013, ICONO-06 Nano-Optics and Plasmonics, p.101-102, Moscow, Russia, June 18-22, 2013.

8) Dneprovskii, A. Smirnov and M. Kozlova, Self-diffraction of laser beams in the case of resonant excitation of excitons in colloidal CdSe/ZnS quantum dots,

«SPIE Optics and Optoelectronics», Czech Republic, Prague, 15-18 April, 8772-9, 2013.

9) B.C. Днепровский, A.M. Смирнов, M.B. Козлова, Самодифракция двух типов в полупроводниковых квантовых точках CdSe/ZnS (коллоидный раствор), «Ломоносовские чтения» Секция «Физика», Москва, РФ, 16-24 апреля, стр. 39-42, 2012.

10) A.M. Смирнов, М.В. Козлова, Особенности самодифракции в полупроводниковых коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS, «Ломоносов-2012» Секция «Физика», Москва, РФ, 9-13 апреля, 2012, стр. 369-370.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 130 страниц текста, включая 44 рисунка и 1 таблицу. Список цитируемой литературы содержит 148 наименований.

Глава 1. Свойства экситонных состояний в полупроводниковых квантовых точках

Физические свойства полупроводниковых квантовых точек (КТ) объединяют в себе, как свойства атомных систем (молекул), так и свойства объемных полупроводниковых материалов. Размер, определяющий границу между полупроводниковыми КТ и объемными материалами, четко не определен и сильно зависит от материала. Тем не менее, квантовыми точками принято считать объекты, содержащие примерно от 100 до 100 ООО атомов (Д=1-Ч0 нм). Нижний предел этого диапазона определяется сохранением свойств кристаллической структуры объемного материала. Верхний предел соответствует размерам, при которых расстояние между уровнями энергии приближается к значениям тепловой энергии.

Одним из определяющих параметров полупроводниковых материалов является значение ширины запрещенной зоны, разделяющей зону проводимости Ес от валентной зоны Еу. Для каждого объемного полупроводника данное значение фиксировано и может незначительно меняться в зависимости от внешних условий (температуры, приложенных внешних полей и др.). Ситуация меняется в случае низкоразмерных полупроводниковых структур, с размерами менее 10 нм, когда движение электронов и дырок становиться ограниченным во всех трех направлениям. Это обусловлено тем, что размеры таких структур сравнимы с длиной волны Де-Бройля электронов и дырок. Волновые функции электронов и дырок начинают "чувствовать" присутствие границ и реагировать на изменение размера наночастиц, изменяя их энергетические спектры. Пространственная локализация носителей во всех трех направлениях приводит к появлению дискретных уровней (квантово-размерный эффект) вместо непрерывной энергетической зоны.

§ 1.1. Экситоны в полупроводниковых квантовых точках Сё8е/2п8

Как было сказано ранее, именно квантово-размерные эффекты носят решающее значение для определения оптических и электрооптических свойств КТ. Помимо увеличения ширины запрещенной зоны, важной особенностью энергетического спектра КТ является его дискретность (Рис. 1Б) в отличие от непрерывного спектра объемного полупроводника (Рис. 1А).

Квантово-размерный эффект проявляется тогда, когда размер нанокристалла становиться сравним или меньше, чем боровский радиус

носителей заряда ав = ——— (е - диэлектрическая проницаемость материала,

Шей - эффективная масса носителя заряда). Для КТ принято выделять три различных боровских радиуса: ае - боровский радиус электрона, аь - дырки и Зехс - электронно-дырочной пары (экситона).

Экситон представляет собой водородоподобное связанное состояние, формирующееся в объемных кристаллах за счет кулоновского взаимодействия между электроном и дыркой. В большинстве объемных полупроводников экситон при комнатных температурах из-за малой энергии связи быстро распадаются, в то время как в квантово-размерных системах кулоновское притяжение между электроном и дыркой, энергия связи и сила осциллятора экситона резко возрастают. В силу сильного перекрытия волновых функций электрона и дырки возрастает вероятность их излучательной рекомбинации. Однако важно заметить, что решающим свойством в наноразмерных структурах, является то, что размер экситонов диктуется не кулоновским притяжением электрона и дырки, а физическими размерами нанокристалла.

В простейшем случае квантово-размерный эффект можно описать, решив задачу движения электрона в трехмерной потенциальной яме. Экспериментально обнаруженное [1] влияние размерного квантования на межзонное поглощение в полупроводниковой КТ было впервые теоретически сформулировано в статье Ал.Л. Эфроса и А.Л. Эфроса [2], в рамках модели, использующую стандартную зонную теорию. Расчет энергетических уровней в

«полупроводниковом шаре» осуществлялся при учете параболичности валентной зоны и зоны проводимости, приближения эффективной массы и обращения в нуль волновых функций электрона и дырки на поверхности шара (бесконечно высокие стенки потенциальной ямы). В зависимости от размера и материала КТ могут быть выделены три различных предельных случая. Случай сильного размерного квантования соответствует ситуации, когда радиус нанокристалла много меньше боровских радиусов электрона, дырки и экситона (а « а«;, аь, аеХС); режим слабого размерного квантования - ае, ah < а < а^; режим промежуточного размерного квантования только одна частица подчиняется условию квантово-размерного ограничения - ah < а < а^, аеХС Для случая сильного размерного квантования пренебрегается кулоновским взаимодействием, и межзонное поглощению будет состоять из набора дискретных линий:

hü>l.n = Eg+^-I<Pl,n, (1.1)

где а - радиус шара, fi = memh/(те 4- mh) - приведенная масса электрона и дырки, 8 - диэлектрическая проницаемость полупроводника, те и rnh -эффективные массы электрона и дырки (те « mh), е - заряд электрона, Eg-ширина запрещенной зоны, ha)ln - энергия поглощенного фотона, <р1п -

определяется по формуле: /í+i(<Pi>n) = 0 , Jl+±(<Pi,n) ~ функция Бесселя, / -

2 2

момент количества движения, п - порядковый номер корня функции Бесселя при данном /.

Порог межзонного поглощения в КТ, сдвигается в голубую область, по сравнению с порогом поглощения данного объемного полупроводника, определяемым шириной запрещенной зоны Eg (Рис. 1.1а):

h21T2

hü)0¡1=Eg+ — , (1.2)

высшии дырочный уровень сдвигается относительно дна валентной зоны вниз

п2*2 2тна2

по энергии на величину ДEh = ——низший электронный уровень сдвигается

относительно дна зоны проводимости вверх по энергии (Рис. 1.1 б).

- ДЕ

7Г2Л2

е 2теа2

а

Ьо)

-1

-4—

Еа Е+ЛЕ, Eg+AE2

Йш

в

Рис. 1.1. Схематическое изображение зонной структуры объемного прямозонного полупроводника (а) и уровней энергии полупроводниковой КТ (б),

где Ь(1)%х1к , ~ минимальные энергии фотонов, необходимые для

возбуждения электронно-дырочных пар в объемном полупроводнике и КТ, соответственно. Схематическое изображение спектров поглощения объемного полупроводника (в) и полупроводниковой КТ (г).

Энергетический спектр КТ зависит от ее размера. С уменьшением размера КТ энергетический зазор увеличивается, приводя к коротковолновому сдвигу поглощения и излучения. Аналогично переходу между уровнями энергии в

атоме, при переходе носителей заряда между энергетическими уровнями в КТ может излучаться или поглощаться фотон. Частотами переходов, т.е. длиной волны поглощения или люминесценции, легко управлять, меняя размеры КТ. Дискретная структура энергетических состояний приводит к дискретному спектру поглощения КТ (схематично показан дельта-функциями на Рис. 1.1 г), в отличие от непрерывного спектра поглощения объемного полупроводника (Рис. 1.1 в). Для обозначения состояний электронов и дырок в КТ использую атомно-подобную запись (1Б, 1Р , Ш и т.д.). Важно заметить, что в реально создаваемых коллоидных КТ дискретный набор линий в спектрах поглощения и фотолюминесценции не наблюдается в силу значительного однородного и неоднородного упшрения линий. Причиной первого является принцип неопределенности Гейзенберга и взаимодействие экситонов с фононами. Причина неоднородного упшрения - дисперсия размеров КТ в растворе или стеклянной матрице.

Большинство ранних работ по квантово-ограниченным нанокристаллам были сосредоточены на изучении диэлектрических матриц с вкраплениями полупроводниковых КТ. Основными недостатками таких матриц является широкое распределение нанокристаллов по размерам и отсутствие возможности контролировать форму и характеристики поверхности наночастиц. Как предполагается, излучение в таких структурах доминирует с поверхностных уровней, расположенных глубоко в запрещенной зоне. Такие ограничения сужают возможность экспериментального выявления многих фундаментальных физических свойств КТ. Тем временем, с 1993 года научились контролировать рост коллоидных полупроводниковых КТ методом металлоорганического синтеза [10] и создавать образцы с низкой дисперсией по размерам. Излучение в коллоидных КТ доминирует на частоте основного экситонного перехода. Квантовый выход КТ СёБе, покрытых более широкозонным полупроводником 2п8, при комнатной температуре может превышать 50% [9]. Новый надежный способ изготовления КТ позволил

подтвердить ряд свойств КТ, которые ранее экспериментально не наблюдались, из-за большого разброса по размерам.

В первоначальной простейшей модели, зона проводимости и валентная зона были представлены в виде простых параболических зон. В то время как, реальная зонная структура полупроводников А2В6, как правило, сложнее. В работе [19] был предложен теоретический расчет экспериментально измеренных энергий уровней размерного квантования гексагональной КТ СёБе. Теоретический расчет с использованием гамильтониана Кона-Латтинжера подтверждает расщепление валентной зоны на 3 подзоны: зона тяжелых дырок, зона легких дырок и зона, расщепленная за счет спин-орбитального взаимодействия, с соответствующими значениями эффективных масс. Валентная зона полупроводников со структурой типа алмаза из-за спин-орбитального взаимодействия при к=0 имеет две зоны 3=3/2 и 7=7/2, где J=L+s - полный угловой момент, Ь - орбитальный угловой момент, 5 - спиновая составляющая. При к£0, зона 3=3/2 дополнительно расщепляется на подзоны тяжелых дырок Зт=±3/2 и легких дырок Зт=±1/2 (./„, - проекция полного момента). Благодаря кристаллическому полю гексагональной решетки зоны легких и тяжелых дырок для кристаллической решетки СёБе типа вюрцита могут расщепляться при к=0. Учитывая смешивание этих подзон и непараболичность зоны проводимости, Екимов с соавторами рассчитали положение электронных и дырочных уровней энергии в КТ СёБе в зависимости от их размера [19]. Стоит заметить, что основной электронно-дырочный переход 18е-18ьз/2 восьмикратно вырожден: состояние электрона двукратно вырождено по отношению к проекции спина, в то время как, состояние дырки на основном уровне 18Ы/2 четырехкратно вырождено по отношению к проекции ее суммарного углового момента (У=3/2,1/2,-1/2 и -3/2).

В КТ существенную роль играет энергия электронно-дырочного обменного взаимодействия, пропорциональная перекрытию электронной и дырочной волновых функций, величина которой значительно возрастает в КТ по сравнению с объемными материалами. Из-за сильного обменного

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смирнов, Александр Михайлович, 2014 год

Литература

[1] Екимов А.И., Онущенко А.А., Цехомский В.А., Экситонное поглощение кристаллами CuCl в стеклообразной матрице // Физика и химия стекла. - 1980. - Т. 6. - Вып. 4. - 511-512

[2] Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л., Межзонное поглощение в полупроводниковом шаре // ФТП. - 1982. Т. 16. - № 5. - С. 1209-1214.

[3] Екимов А.И., Онущенко А.А., Квантовый размерный эффект в оптических спектрах полупроводниковых микрокристаллов // ФТП. - 1982. - Т. 16,- №7.-С. 1215-1219.

[4] Rossetti R., Nakahara S. and Brus L.E., Quantum size effect in the redox potentials, resonance Raman spectra, and electronic spectra of CdS crystallites in aqueous solution // J. Cliem. Phys. - 1983. - V. 79. -№ 2. - P. 1086-1088.

[5] Matijevic E. and Wilhelmy D.M., Preparation and properties of monodispersed spherical colloidal particles of cadmium sulfide // J. of Colloid and Interface Science. - 1982. - V. 86. № 2. - P. 476-484.

[6] Spanhel L., Haase M., Weller H. and Henglein A., Photochemistry of colloidal semiconductors. Surface modification and stability of strong luminescing CdS particles // J. Am. Chem. Soc. - 1987. - V. 109. -№ 19. - P. 5649-5655.

[7] Murray C.B., Sun S., Gaschler W., Doyle H., Betley T.A. and Kagan C.R., Colloidal synthesis of nanocrystals and nanociystal superlattices // IBM J. Res. Dev. - 2001. - V. 45. - № 1. - P. 47-56.

[8] Murray C.B., Kagan C.R. and Bawendi M.G., Synthesis and characterization of monodisperse nanocrystals and close-packed nanocrystal assemblies // Annu. Rev. Mater. Sci. - 2000. - V. 30. - P. 545-610.

[9] Peng X., Wickham J. and Alivisatos A.P., Kinetics of II-VI and Ш-V Colloidal Semiconductor Nanocrystal Growth: "Focusing" of Size Distributions // J. Am. Chem Soc. - 1988. - V. 120. - № 21. - P. 5343-5344.

[10] Murray C.B., Norris D.J. and Bawendi M.G., Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites // J. Am. Chem Soc. - 1993. - V. 115. - № 19. - P. 8706-8715.

[11] Lee S.M., Jun Y., Cho S.N. and Cheon J., Single-crystalline star-shaped nanocrystals and their evolution: programming the geometry of nano-building blocks //J. Am. Chem Soc. - 2002. - V. 124.-№38.-P. 11244-11245.

[12] Manna L., Milliron D.J., Meisel A., Scher E.C., and Alivisatos A.P., Controlled growth of tetrapod-branched inorganic nanocrystals // Nat.Mater. - 2003.

^ -V. 2. P. 382-385.

[13] Gibbs H.M., Khitrova G. and Peighambarian N., Nonlinear Photonics // Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, 1990. - V. 7.

[14] Вандышев Ю.В., Днепровский B.C., Екимов А.И., Окороков Д.К., Попова Л.Б., Эфрос Ал.Л., Нелинейные оптические свойства полупроводниковых микрокристаллов // Письма в ЖЕТФ. - 1987. - Т. 46. -Вып. 10. - С. 393-396.

[15] Dneprovskii V., Kabanin D., Lyaskovskii V., Wumaier Т. and Zhukov E., Anomalous resonant nonlinear absorption of excitons in CdSe/ZnS quantum dots // phys. stat. sol. (c). - 2008. - V. 5. -№ 7. - P. 2503-2506.

[16] Днепровский B.C., Жуков E.A., Козлова M.B., Wumaier Т., Dau Sy Hieu, Артемьев M.B., Насыщение поглощения и процессы самовоздействия при резонансном возбуждении основного экситонного перехода в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS // ФТТ. - 2010. - Т. 52. -№ 10. - С. 1809-1814.

[17] Bawendi М., Carrol P., Wilson W., Bms Т., Luminescence properties of CdSe quantum crystallites: Resonance between interior and surface localized states // J. Chem. Phys. - 1992. - V. 96. - № 2. - P. 946-954.

[18] Norris D. J. and Bawendi M. G., Structure in the lowest absorption feature of CdSe quantum dots // J. Chem. Phys. - 1995. - V. 103. - № 2. - P. 5260-5268.

[19] Ekimov A. I., Hache F., Schanne-Klein M. C., Ricard D., and Flytzanis C., Kudryavtsev I. A., Yazeva T.V., Rodina A.V., Efros Al. L., Absorption and intensity-dependent photoluminescence measurements on CdSe quantum dots: assignment of the first electronic transitions // J. Opt. Soc. Am. B. - 1993. V. 10. - № 2. - P. 100107.

[20] Nirmal M., Murray С. B. and Bawendi M. G., Fluorescence-line narrowing in CdSe quantum dots: Surface localization of the photogenerated exciton // Phys. Rev. B. - 1994. - V. 50. -№ 4. - P. 2293-2300.

[21] Norris D., Bawendi M., Measurement and assignment of the size-dependent optical spectrum CdSe quantum dots // Phys. Rev. B. - 1996. - V. 53. - № 24. - P. 16338-16346.

[22] Nirmal M., Norris D. J., Kuno M., Bawendi M. G., Efros L. and Rosen M., Observation of the "dark exciton" in CdSe quantum dots // Phys. Rev. Lett. - 1995. -V. 75.-№20.-P. 3728-3731.

[23] Efros Al.L., Rosen M., Kuno M., Nirmal M., Norris D. J., and Bawendi M., Band-edge exciton in quantum dots of semiconductors with degenerate valence band: dark and bright exciton states // Phys. Rev. B. - 1996. - V. 54. - № 7. - P. 48434856.

[24] Efros Al.L., Luminescence polarization of CdSe microcrystals // Phys. Rev. B. - 1992. - V. 46. - № 12. - P. 7448-7458.

[25] Norris D.J., Efros A.L., Rosen M. and Bawendi M.G., Size dependence of exciton fine structure in CdSe quantum dots // Phys Rev. B. - 1996. - V. 53. - № 24. -P. 16347-16354.

[26] Kuno M., Lee J. K., Dabbousi B.O., Miulec F.V. and Bawendi M.G., The band edge luminescence of surface modified CdSe nanocrystallites: Probing the luminescing state // J. Phys.Chem. - 1997. - V. 106. - № 23. - P. 9869-9882.

[27] Dabbousi B.O., Rodriguez-Viejo J., Mikulec F.V., Heine J.R., Mattoussi H., Ober R., Jensen K.F. and Bawendi M.G., (CdSe)ZnS core-shell quantum dots: synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites // J. Phys. Chem. B. 1997. - V. 101. -№ 46. - P. 9463-9475.

[28] Ebenstein Y., Mokari T., and Banin U., Fluorescence quantum yield of CdSe/ZnS nanocrystals investigated by correlated atomic-force and single-particle fluorescence microscopy // App. Phys. Lett. - 2002. - V. 80. - № 21. - P. 4033-4035.

[29] Bockelmann U. and Bastard G., Phonon scattering and energy relaxation in two-, one- and zero-dimensional electron gases // Phys. Rev. B. - 1990. - V. 42. - № 14.-P. 8947-8951.

[30] Klimov V.I. and McBranch D.W., Femtosecond lP-to-lS electron relaxation in strongly confined semiconductor nanocrystals // Phys. Rev. Lett. - 1998. -V. 80.-№ 18.-P. 4028-4031.

[31] Klimov V.l., McBranch D.W., Leatkerdale С. A. and Bawendi M.G., Electron and hole relaxation pathways in semiconductor quantum dots // Phys. Rev. B.-1999.-V. 60.-№ 19.-P. 13740-13749.

[32] Efros A.L., Kharchenko V.A. and Rosen M., Breaking the phonon bottleneck in nanometer quantum dots: Role of Auger-like processes // Solid State Commun. - 1995. - V. 93. -№ 4. - P. 281-284.

[33] Xu S., Mikhailovsky A.A., Hollingsworth J.A., Klivmov V.l., Hole intraband relaxation in strongly confined quantum dots: Revistiting the "phonon bottleneck" problem // Phys. Rev. B. - 2002. - V. 65. - P. 045319.

[34] Pandey A. and Guyot-Sionnest P., Slow electron cooling in colloidal quantum dots // Science. - 2008. - V. 322. - № 5903. - P. 929-932.

[35] Wawilov S.I., Lewschin W.L., Die Beziehungen zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz in festen und flüssigen Medien // Z. Phys. - 1926. - V. 35. - P. 920936.

[36] Клышко Д.Н., Физические основы квантовой электроники // Наука, М. -1986.-С. 293.

[37] Seiden A.C., Pulse transmission through a saturable absorber // Brit. J. Appl. Phys. - 1967. - V. 18. - № 6. - P. 743-748.

[38] Chepic D., Efros A.L., Ekimov A., Ivanov M., Kharchenko V.A., Kudriavtsev I., Auger ionization of semiconductor quantum drops in a glass matrix // J. Lumin. - 1990. - V. 47. -№ 3. - P. 113-127.

[39] Kharchenko V.A., Rosen M., Auger relaxation processes in semiconductor nanocrystals and quantum wells // J. Lumin. - 1996. - V. 70. - № 1. - P. 158-169.

[40] Dneprovskii V., Efros A., Ekimov A., Klimov V., Kudriavtsev I., Novikov M., Time-resolved luminescence of CdSe microcrystals // Solid State Commun. -1990. - V. 74. - № 6. - P. 555-557.

[41] Kim J.H., Kyhm K., Kim S.M. and Ho-Soon Yang, Auger recombination and state filling of resonantly excited ground state in CdSe quantum dots // J. Appl. Phys. -2007. - V. 101.-P. 103108.

[42] Дербов B.JI., Эффект резонансного самовоздействия световых пучков // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - Т. 7. -№ 8. - С. 91-97.

[43] Brus L.E., Electron-electron and electron-hole interactions in small semiconductor crystallites: The size dependence of the lowest excited electronic state // J. Chem. Phys. - 1984. - V. 80. - № 9. - P. 4403-4409.

[44] Григорян Г.Б., Родина A.B., Эфрос Ал.Л., Экситоны и биэкситоны в квантоворазмерных микрокристаллах полупроводников, диспергированных в диэлектрической стеклянной матрице // ФТТ. - 1990. - Т. 32. - Вып. 12. - С. 3512-352.

[45] Klimov V., Hunsche S. and Kurz H., Biexciton effects in femtosecond nonlinear transmission of semiconductor quantum dots // Phys. Rev. B. - 1994. -V. 50.-№ 11.-P. 8110-8113.

[46] Klimov V.I., Optical Nonlinearities and Ultrafast Carrier Dynamics in Semiconductor Nanocrystals // J. Phys. Chem. B. - 2000. - V. 104. - № 26. - P. 6112-6123.

[47] Malko A.V., Mikhailovsky A.A., Petruska M.A., Hollingsworth J.A. and Klimov V.I., Interplay between optical gain and photoinduced absorption in CdSe nanocrystals // J. Phys. Chem. B. - 2004. -V. 108. - № 17. - P. 5250-5255.

[48] Nirmal M., Dabbousi B.O., Bawendi M.G., Macklin J.J., Trautman J.K., Harris T.D. and Brus L.E., Fluorescence intermittency in single cadmium selenide nanocrystals // Nature. - 1996. - V. 383. - P. 802-804.

[49] Empedocles S.A. and Bawendi M.G., Quantum-Confined Stark Effect in Single CdSe Nanocrystallite Quantum Dots // Science. - 1997. - V. 278. - № 5346. -P. 2114-2117.

[50] Kuno M., Fromm D. P., Hamann H. F., Gallagher A. and Nesbitt D. J., Nonexponential "blinking" kinetics of single CdSe quantum dots: A universal power law behavior // J. Chem. Phys. - 2000. - V. 112. - № 7. - P. 3117-3120.

[51] Hache F., Ricard D. and Flytzanis C., Quantum-confined Stark effect in very small semiconductor crystallites // Appl. Phys. Lett. - 1989. - V. 55. - № 15. -P. 1504-1506.

[52] Colvin V.L. and Alivisatos A.P., CdSe nanocrystals with a dipole moment in the first excited state // J. Chem. Phys. - 1992. - V. 97. - № 1. - P. 730-748.

[53] Roussignol P., Ricard D., Lukasik J. and Flytzanis C., New results on optical phase conjugation in semiconductor-doped glasses // J. Opt. Soc. Am. B. -1987.-V. 4. -№ l.-P. 5-13.

[54] Krauss T.D. and Brus L.E., Charge, polarizability and photoionization of single semiconductor nanocrystals // Phys. Rev. Lett. - 1999. - V. 83. - № 23. - P. 4840-4843.

[55] Masumoto Y., Persistent hole burning in semiconductor nanocrystals // J.Lumin. - 1996. - V. 70. - № 1-6. - P. 386-399.

[56] Masumoto Y., Kawazoe T. and Yamamoto Т., Observation of persistent spectral hole burning in CuBr quantum dots // Phys. Rev. B. - 1995. - V. 52. - № 7. -P. 4688-4691.

[57] Klimov V. and McBranch D., Auger-process-induced charge separation in semiconductor nanocrystals // Phys. Rev. B. - 1997. - V. 55. - № 19. - P. 1317313179.

[58] Вандышев Ю.В., Днепровский B.C., Климов В.И., Динамика нелинейных переходов и нелинейная восприимчивость полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек) // ЖЭТФ. - 1992. - Т. 101 № 1. -Р. 270-283.

[59] Seufert J., Obert М., Scheibner М., Gippius N. A., Bacher G., Forchel A., Passow Т., Leonardi K. and Hommel D., Stark effect and polarizability in a single CdSe/ZnSe quantum dot // Appl. Phys. Lett. - 2001. - V. 79. - № 7. - P. 1033-1035.

[60] Pokutnyi S.I., Jacak L., Misiewicz J., Salejda W. and Zegrya G.G., Stark effect in semiconductor quantum dots // J. Appl. Phys. - 2004. - V. 96. - № 2. - P. 1115-1119.

[61] Miller D. А. В., Chemla D. S., Damen Т. C., Gossard A. C., Wiegmann W., Wood Т. H. and Burrus C.A., Electric field dependence of optical absorption near the band gap of quantum-well structures // Phys. Rev. B. - 1985. - V. 32. - № 2. - P. 1043-1060.

[62] Wang L.W., Zunger A., Local-density-derived semiempirical pseudopontentials // Phys. Rev. B. - 1995. - V. 51. -№ 24. - P. 17398-17416.

[63] Califano M., Franceschetti A. and Zunger A., Temperature dependence of excitonic radiative decay in cdse quantum dots: the role of surface hole traps // Nano letters. - 2005. - V. 5. -№ 12. - P. 2360-2364.

[64] Кручинин С.Ю., Федоров A.B., Спектроскопия выжигания долгоживущих провалов в системе квантовые точки-матрица: квантово-размерный эффект Штарка и электропоглощение // ФТТ. - 2007. - Т. 49, № 5. -С: 917-924.

[65] Norris D. J., Sacra A., Murray С. B. and Bawendi M. G., Measurement of the size dependent hole spectrum in CdSe quantum dots // Phys. Rev. Lett. - 1994. V. 72. -№ 16.-P. 2612-2615.

[66] Hilinski E.F., Lucas P.A. and Wang Y., A picosecond bleaching study of quantum-confined cadmium sulfide microcrystallites in a polymer film // J. Chem. Phys. - 1988. -V. 89. -№ 6. - P. 3435-3441.

[67] Bawendi M.G., Wilson W.L., Rothberg L., Carroll P.J., Jedju T.M., Steigerwald M.L. and Brus L.E., Electronic structure and photoexcited-carrier dynamics in nanometer-size CdSe clusters // Phys. Rev. Lett. - 1990. - V. 65. - № 13.-P. 1623-1626.

[68] O' Neil M., Marohn J., and McLendon G., Dynamics of electron-hole pair recombination in semiconductor clusters // J. Phys. Chem. - 1990. - V. 94. - № 10. -P. 4356-4363.

[69] Klimov V.I. // Nanocrystall qantum dots. - CRC Press. - 2010. - Chapter 6.

[70] Chiao R., Kelley P., Gamire E., Stimulated Four-Photon Interaction and Its Influence on Stimulated Rayleigh-Wing Scattering // Phys. Rev. Lett. - 1966. - V.

17.-№22.-P. 1158-1161.

[71] Mack M., Stimulated thermal light scattering in the picosecond regime // Phys. Rev. Lett. - 1969. - V. 22. -№ 1. -P. 13-15.

[72] Jarasiunas K. and Vaitkus J., Properties of a laser induced phase grating in CdSe // phys. stat. sol. (a). - 1974. - V. 23. -№ 1. - P. 19-21.

[73] Балтрамеюнас P., Вайткус Ю., Велецкас Д., Гривицкас В., Кинетика светоиндуцированного изменения оптических свойств Si при возбуждении ультракороткими импульсами неодимового лазера // Физика полупроводников. -1977.-Т. 10.-Вып. 6.-С. 1159-1161.

[74] Jarasiunas К. and Vaitkus J., Investigation of non-equilibrium processes in semiconductors by the method of transient holograms // phys. stat. sol. (a). - 1977. -V. 44,-№2.-P. 793-800.

[75] Борщ А., Бродин M., Овчар В., Одулов С., Соскин М., Динамические голографические решетки в сульфиде кадмия // Письма в ЖЭТФ. - 1973. - Т.

18.-№ 11.-С. 679-682.

[76] Dean D.R. and Collins R.J., Transient phase gratings in ZnO induced by two photon absorption // J. Appl. Phys. - 1973. - V. 44. - № 12. - P. 5455-5457.

[77] Eichler H., Salje G., Stahl H., Thermal diffusion measurements using spatially periodic temperature distributions induced by laser light // J. Appl. Phys. -1973. -V. 44. -№ 12. - P. 5383-5388.

[78] Ивакин E.B., Илюшенко Л.В., И.П. Петрович, А.С. Рубанов, Дифракционный метод определения коэффициентов температуропроводности полупроводниковых материалов // Препринт ИФ АН БССР. - Минск. - 1975. -№ 17.-С. 26.

[79] Geritsen H.J., Nonlinear effects in image formation // Appl. Phys. Lett. -1967. - V. 10. -№ 9. - P. 239-241.

[80] Ахманов С.А., Коротеев Н.И., Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света: активная спектроскопия рассеяния света // Москва. - 1981. - Наука. - Гл. I.

[81] Smirl A.L., Moss S.C. and Lindle J.R., Picosecond dynamics of high-density laser-induced transient plasma gratings in germanium // Phys. Rev. B. - 1982.

- V. 25. -№ 4. - P. 2645-2659.

[82] Danileiko Yu.K., Gorshkov V.G., Lebedeva T.P. and Nesterov D.A., Dynamics of the diffraction efficiency of light-induced gratings // J. Opt. Soc. Am. B.

- 1989. - V. 6. - № 3. - P. 364-372.

[83] Rajesh R.J., Bisht P.B., Theoretical and experimental studies on laser-induced transient gratings in laser dyes // J. Lumin. - 2002. - V. 99. - № 3. - P. 301309.

[84] Juska G., Petrulis J., Light-induced transient gratings in semiconductors: a

/

nondestructive optical technique for the characterization of materials for electronics // Physics of Advanced Materials Winter School. - 2008. - P. 1-10.

[85] Eichler H.J., Massmann F., Biselli E., Richter K., Glotz M., Konetzke L. and Yang X., Laser-induced free-carrier and temperature gratings in silicon // Phys. Rev. B. - 1987. - V. 36. - № 6. - P. 3247-3253.

[86] Woerdman J.P. and Bolger В., Diffraction of light by a laser induced grating in Si // Phys. Lett. A. - 1969. - V. 30. - № 3. - P. 164-165.

[87] Horan P. and Blau W., Optical nonlinearity of a proposed quantum confined semiconductor colloid // J. Chem. Phys. -1990. - V. 92. - № 7. - P. 41394144.

[88] Виннецкий B.JI., Кухтарев Н.В., Одулов С.Г., Соскин М.С., Динамическая самодифракция когерентных световых пучков // УФН. - 1979. -Т. 129.-Вып. 9.-С. 113-137.

[89] Kalt Н., Lyssenko V.G., Rentier R. and Klingshirn С., Laser-induced gratings and wave mixing in large-gap semiconductors, J. Opt. Soc. Am. B. - 1985. -V. 2,-№7.-P. 1188-1196.

[90] Maruani A. and Chemla D. S., Active nonlinear spectroscopy of biexcitons in semiconductors: propagation effects and Fano interferences // Phys. Rev. B. -1981. - V. 23. - № 2. - P. 841-860.

[91] Klimov V.I., Mikhailovsky A.A., Su Xu, Malko A., Hollingsworth J.A., Leatherdale C.A., Eisler H.-J., Bawendi M.G., Optical gain and stimulated emission in nanocrystal quantum dots // Science. - 2000. - V. 290. - № 5490. - P. 314-317.

[92] Darugar Q., Qian W., and El-Sayed M.A., Observation of optical gain in solutions of CdS quantum dots at room temperature in the blue region // Appl. Phys. Lett. - 2006. - V. 88. - № 26. - P. 261108.

[93] Brumer M., Sirota M., Kigel A., Sashchiuk A., Galun E., Burshtein Z. and Lifshitz E., Nanocrystals of PbSe core, PbSe/PbS, and PbSe/PbSexSl-x core/shell as saturable absorbers in passively Q-switched near-infrared lasers // Appl. Opt. - 2006. - V. 45. - № 28. - P. 7488-7497.

[94] Vezenov D.V., Mayers B.T., Conroy R.S., Whitesides G.M., Snee P.T., Chan Y., Nocera D.G., and Bawendi M.G., A low-threshold, high-efficiency microuidic waveguide laser // J. Am. Chem. Soc. - 2005. - V. 127. - № 25. - P. 8952-8953.

[95] Sukkovatkin V., Musikhin S., Gorelikov I., Cauchi S., Bakueva L., Kumacheva E. and Sargent E.H., Room-temperature amplified spontaneous emission at 1300 nm in solution-processed PbS quantum dot films // Opt. Lett. - 2005. - V. 30. -№ 2. - P. 171-173.

[96] Oohata G., Kagotani Y., Miyajima K., Asliida M., Saito S., Edamatsu K. and Itoh Т., Stable biexcitonic lasing of CuCl quantum dots under two-photon resonant excitation // Physica E. - 2005. - V. 26. - № 1-4. - P. 347-350.

[97] Chan Y., Caruge J.M., Snee P.T. and Bawendi M.G., Multiexcitonic two-state lasing in a CdSe nanocrystal laser // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V. 85. - № 13. -P. 2460-2462.

[98] Malko A.V., Mikhailovsky A.A., Petruska M.A., Hollingsworth J.A., Htoon H., Bawendi M.G. and Klimov V.I., From amplified spontaneous emission to microringlasing using nanocrystal quantum dot solids // Appl. Phys. Lett. - 2002. -V. 81. -№ 7. - P. 1303-1305.

[99] Fisher B., Caruge J-M., Chan Y-T., Halpert J. and Bawendi M.G., Multiexciton fluorescence from semiconductor nanocrystals // Chem. Phys. - 2005. -V. 318.-№ 1-2.-P. 71-81.

[100] Eisler H.J., Sundar V.C., Bawendi M.G., Walsh M., Smith H.I. and Klimov V.I., Color-selective semiconductor nanocrystal laser // Appl. Phys. Lett. -2002. -V. 80. -№ 24. - P. 4614-4616.

[101] Cooney R.R., Sewall S.L., Sagar D.M. and Kambhampati P., Gain control in semiconductor quantum dots via state-resolved optical pumping // Phys. Rev. Lett. -2009.-V. 102.-№12.-P. 127404.

[102] Ivanov S.A., Nanda J., Piryatinski A., Achermann M., Balet L.P., Bezel I.V., Anikeeva P.O., Tretiak S. and Klimov V.I., Light amplification using inverted core/shell nanocrystals: Towards lasing in the single-exciton regime // J. Phys. Chem. B. - 2004. - V. 108. - № 30. - P. 10625-10630.

[103] Klimov V.I., Ivanov S.A., Nanda J., Achermann M., Bezel I., McGuire J.A. and Piryatinski A., Single-exciton optical gain in semiconductor nanocrystals // Nature. - 2007. - V. 447. - P. 441-446.

[104] Dang C., Lee J., Breen C., Steckel J.S., Coe-Sullivan S. and Nurmikko A., Red, green and blue lasing enabled bysingle-exciton gain in colloidal quantum dot films // Nature Nanotechnology. - 2012. - V. 7. - № 5. - P. 335-339.

[105] Colvin V.L., Schlamp M.C., Alivisatos A.P., Light-emitting diodes made from cadmium selenide nanocrystals and a semiconducting polymer // Nature. -1994.-V. 370.-P. 354-357.

[106] Coe S., Woo W.K., Bawendi M.G., Bulovic V., Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices // Nature. - 2002. -V. 420.-P. 800-803.

[107] Huang H., Dorn A., Nair G.P., Bulovic V., Bawendi M.G., Bias induced photoluminescence quenching of single colloidal quantum dots embedded in organic semiconductors // Nano Lett. - 2007. - V. 7. - № 12. - P. 3781-3786.

[108] Mueller A.H., Petruska M.A., Achermann M., Werder D.J., Akkadov E.A., Koleske D.D., Hoffbauer M.A., Klimov V.I., Multicolor light-emitting diodes based on semiconductor nanocrystals encapsulated in GaN charge injection layers // Nano Lett. - 2005. - V. 5. - № 6. - P. 1039-1044.

[109] Caruge J.M., Halpert J.E., Wood V., Bulovic V., Bawendi M.G., Colloidal quantum-dot light-emitting diodes with metal-oxide charge transport layers // Nat. Photonics. - 2008. - V. 2. - № 4. - P. 247-250.

[110] Sun Q., Wang Y.A., Li L.S., Wang D., Zhu T., Xu J., Yang C., Bright Y. Li, , multicoloured light-emitting diodes based on quantum dots // Nat. Photonics. -2007. - V. 1. -№ 12. -P. 717-722.

[111] Achermann M., Petruska M.A., Kos S., Smith D.L., Koleske D.D., Klimov V.I., Energy-transfer pumping of semiconductor nanocrystals using an epitaxial quantum well // Nature. - 2004. - V. 429. - P. 642-646.

[112] Lim J., Jun S., Jang E., Baik H., Kim H., Cho J., Preparation of highly luminescent nanocrystals and their application to light-emitting diodes // Adv. Mater. - 2007. - V. 19.-№ 15.-P. 1927-1932.

[113] Bruchez M., Moronne M., Gin P., Weiss S., Alivisatos A.P., Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels // Science. - 1988. - V. 281. -№ 5385. - P. 2013-2016.

[114] Medintz I.L., Uyeda H.T., Goldman E.R. and Mattoussi H., Quantum dot bioconjugates for imaging, labelling and sensing // Nature Mater. - 2005. - V. 4. - № 6.-P. 435-446.

[115] Alivisatos A.P., The use of nanocrystals in biological detection // Nat. Biotechnol. - 2004. - V. 22. - № 1. - P. 47-52.

[116] Wang D.Y., Rogach A.L., and Caruso F., Semiconductor quantum dot-labeled microsphere bioconjugates prepared by stepwise self-assembly // Nano Lett. -2002. - V. 2. - № 8. - P. 857-861.

[117] Araki Y., Ohkuno K., Furukawa T., Saraie J., Green light emitting diodes with CdSe quantum dots // J. of Crystal Growth. - 2007. - V. 301-302. - P. 809-811.

[118] Bae W.K., Kwak J., Park J.W., Char K., Lee C. and Lee S., Highly efficient green-light-emitting diodes based on CdSe/ZnS quantum dots with a chemical-composition gradient // Adv. Mater. - 2009. - V. 21. - № 17. - P. 16901694.

[119] Kwak J., Bae W.K., Lee D., Park I., Lim J., Park M., Cho H., Woo H., Yoon D.Y., Char K., Lee S. and Lee C., Bright and efficient full-color colloidal quantum dot light-emitting diodes using an inverted device structure // Nano Lett. -2012. - V. 12. - № 5. - P. 2362-2366.

[120] Lee H.J., Wang M., Chen P., Gamelin D.R., Zakeeruddin S.M., Gratzel M. and Nazeeruddin Md.K., Efficient CdSe quantum dot-sensitized solar cells prepared by an improved successive ionic layer adsorption and reaction process // Nano Lett. -2009. -V. 9. -№ 12. - P. 4221-4227.

[121] Schaller R.D. and Klimov V.I., High efficiency carrier multiplication in PbSe nanocrystals: Implications for solar energy conversion // Phys. Rev. Lett. -2004.-V. 92.-№ 18.-P. 186601.

[122] Ellingson R.J., Beard M.C., Johnson J.C., Yu P., Micic O.I., Nozik A.J., Shabaev A. and Efros A.L., Highly efficient multiple exciton generation in colloidal PbSe and PbS quantum dots // Nano Lett. - 2005. - V. 5. - № 5. - P. 865-871.

[123] Gur I., Fromer N.A., Geier M.L., and Alivisatos A.P., Air-stable all-inorganic nanocrystal solar cells processed from solution // Science. - 2005. - V. 310. -№5747.-P. 462-465.

[124] Venkatram N., Rao D.N. and Akundi M.A., Nonlinear absorption, scattering and optical limiting studies of CdS nanopaiticles // Opt. Express. - 2005. -V. 13.-№3.-P. 867-872.

[125] Gao Y., Huong N.Q., Birman J.L. and Potasek M.J., Large nonlinear optical properties of semiconductor quantum dot arrays embedded in an organic medium // J. Appl. Phys. - 2005. - V. 96. -№ 9. - P. 4839-4842.

[126] Etienne M., Biney A., Walser A.D., Dorsinville R., Bauer D.L.V. and Balogh-Nair V., Third-order nonlinear optical properties of a cadmium sulfide-dendrimer nanocomposites // Appl. Phys. Lett. - 2005. - V. 87. - № 18. - P. 181913.

[127] Smith J.M., Dalgarao P.A., Warburton R.J., Govorov A.O., Karrai K., Gerardot B.D. and Petro P.M., Voltage control of the spin dynamics of an exciton in a semiconductor quantum dot // Phys. Rev. Lett. - 2005. - V. 94. - № 19. - P. 197402.

[128] Elzerman J.M., Hanson R., Willems van Beveren L.H., Witkamp B., Vandersypen L.M.K. and Kouwenhoven L.P., Single-shot read-out of an individual electron spin in a quantum dot // Nature - 2004. - V. 430. - P. 431-435.

[129] Hanson R., Kouwenhoven L.P., Petta J.R., Tarucha S. and Vandersypen L.M.K., Spins in few-electron quantum dots // Rev. Mod. Phys. - 2006. - V. 79. - № 4.-P. 1217-1265.

[130] Шепелев В.А., Особенности спектров возбуждения фотолюминесценции квантовых точек 1-го и 2-го типа // дипломная работа, кафедра полупроводников физического факультета МГУ. - 2008.

[131] Van Stryland E.W., Sheik-Bahae М., Characterization Techniques and Tabulations for Organic Nonlinear Materials // Marcel Dekker, Inc. - 1998. - P. 655692.

[132] Tai K., Gibbs H.M., Rushford M., Peighambarian N., Satchell J.S., Boshier M.G., Ballagh R.J., Sandle W.J., LeBerre M., Ressayre E., Tallet A., Teichmann J., Claude Y., Mattar E.P. and Drummond P.D., Observation of continuous-wave on-resonance "self-focusing" // Opt. Lett. - 1984. - V. 9. - № 6. -P. 243-245.

[133] Derbov V.L., Melnikov L.A., Novikov A.D. and Potapov S.K., Transverse pattern formation and spectral characteristics of cw light beams in resonant media: an improved numerical simulation technique and mode analysis // J. Opt. Soc. Am. B. -1990. - V. 7. - № 6. - P. 1079-1086.

[134] Бломберген H., Нелинейная оптика // M. «Мир». - 1966. - Гл. 5.

[135] Бонч-Бруевич A.M., Ходовой В.А., Многофотонные процессы // УФН. - 1965. - Т. 85. - Вып. 1. - С. 5-64.

[136] Гайтлер В., Квантовая теория излучения // М. ИЛ. - 1956.

[137] Федоров А.В., Физика и технология гетероструктур, оптика квантовых наноструктур // СПб: СПбГУ ИТМО. - 2009. - Гл. 15.

[138] Tommasi R., Lepore М., Ferara М., Catalano I.M., Observation of highindex states in CdSi.xSex semiconductor microcrystallites by two-photon spectroscopy // Phys. Rev. B. - 1992. - V. 46. - № 19. - P. 12261-12265.

[139] Днепровский B.C., Жуков E.A., Кабанин Д.А., Лясковский В.Л., Ракова А.В., Wumaier Tuerdi, Нелинейное поглощение и преломление света в коллоидном растворе квантовых точек CdSe/ZnS при резонансном двухфотонном возбуждении // ФТТ. - 2007. - Т. 49ю - Вып. 2. - С. 352-356.

<S> n

[140] Bannai L., Lindberg M., Koch S.W., Two-photon absorption and third-order nonlinearities in GaAs quantmn dots // J. Opt. Lett. - 1988. - V. 13. - № 3. - P. 212-214.

[141] Gibbs H., Optical Bistability: Controlling Light with Light // Academic, Orlando. - 1985; Mir, Moscow. - 1988.

[142] Eichler H.J., Laser-induced Grating Phenomena // Optica Acta. - 1977. -V. 24,-№6.-P. 631-642.

[143] Шен И.Р., Принципы нелинейной оптики // Наука. - 1989. - Москва.

[144] Justus B.L., Tonucci R.J., Berry A.D., Nonlinear optical properties of quantum-confined GaAs nanocrystals in Vycor glass // Appl. Phys. Lett. - 1992. - V. 61.-№26.-P. 3151-3153.

[145] Said A.A., Sheik-Bahae M., Hagan D.J., Wei Т.Н., Wang J., Young J., Van Stryland E.W., Determination of bound-electronic and free-carrier nonlinearities in ZnSe, GaAs, CdTe, and ZnTe // J.Opt. Soc. Am. B. - 1992. - V. 9. - № 3. - P. 405-411.

[146] Хирш П., Хови А., Николсон P., Пэшли Д., Уэлан М., Электронная микроскопия тонких кристаллов // Мир. - Москва. - 1968. - Глава 4.

[147] Не G.S., Yong К.Т., Zheng Q., Salioo Y., Baev A., Ryasnyanskiy A.I. and Prasad P.N., Multi-photon excitation properties of CdSe quantum dots solutions and optical limiting behavior in infrared range // Opt. Exp. - 2007. - V. 15. - № 20. - P. 12818-12833.

[148] Yao G., Fu Z., Zhang X., Zheng X., Jib X., Cui Z., Zhang H., Ultrafast carrier dynamics in CdSe/CdS/ZnS quantum dots // Chinese J. Chem. Phys. - 2011. -V.24. -№ 6. - P. 640-646.