Экситоны в сверхрешетках на основе ферромагнитных полупроводников

• Автор: Лаковцев, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 115 с. : ил.

) Содержание

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Энергетический спектр экситонов в полупроводниках

1.2. Электронная структура экситона в ферромагнитных полупроводниках

1.3. Коллективные свойства экситонов в наноразмерных гетеросистемах

Глава 2. Прямые и межъямные экситоны в наноразмарных гетеросистемах ЕиЗ-РЬБ

2.1. Условия образования триплетных экситонов в нанослоях Еи8

2.2. Анализ условий получения триплетных экситонов в ЕиБ-РЬЗ с высокими значениями параметров, необходимых для их конденсации
Глава 3. Коллективные свойства триплетных экситонов в наноразмерных гетеросистемах Еи8-РЬ8
3.1. Влияние обменного взаимодействия на образование коллективной экситонной фазы в сверхрешетке Еи8-РЬ8
3.2. Фазовая диаграмма бозе-эйнштейновской конденсации триплетных экситонов
3.3. Практическое применение наносистем ферромагнитный полупроводник - парамагнитный полупроводник
Общие выводы
Литература

Введение
В последнее время исследования по физике полупроводников больше переключаются с массивных кристаллов на гетеросистемы из нанослоев. Квантово-размерный эффект в таких материалах радикальным образом изменяет энергетический спектр носителей тока, а дополнительный периодический потенциал дробит зоны проводимости и валентные зоны на минизоны и приводит к существенному перераспределению плотности электронов и дырок в области гетерограниц.
Необычные электрические, магнитные и оптические свойства поставили перед физиками целый ряд теоретических задач, и нашли широкое применение в различных областях современной микроэлектроники: спинтронке, электронной спектроскопии и так далее. Сегодня можно получать неоднородные композиции из различных полупроводников, геометрические размеры которых составляют единицы нанометров. Появилась уникальная возможность использовать такие наносистемы в устройствах электроники (наноэлектроники).
Энергетический спектр наносистемы отражает особенности ее отклика на внешнее электромагнитное возмущение. Например, им определяются оптические спектры поглощения или излучения. Особенности спектров наноструктур, обусловленные их электронным энергетическим спектром, обеспечивают существование долгоживущих возбужденных состояний, которые описываются экситонами. Изучение свойств таких квазичастиц в полупроводниковых наносистемах, обусловленных понижением размерности, является важной теоретической задачей. Установлено, что низкая размерность стабилизирует экситонные состояния и способствует их устойчивости в более широком диапазоне температур и полей. При этом сила осциллятора и энергия связи экситонов существенно возрастают, поэтому экситонная спектроскопия стала
превращаться в источник идей и средств новых полупроводниковых приборов (оптические лазеры и транзисторы). Получила развитие новая область прикладной физики - экситоника, где роль среды, осуществляющей операции по обработке информации, реализует не электронный, а экситонный газ.
В последнее десятилетие сверхрешетки и другие туннельносвязанные квантовые системы являются объектом интенсивных теоретических и экспериментальных исследований [1,2]. В таких структурах можно разделить электроны и дырки по соседним квантовым ямам с образованием межъямных экситонов (МЭ) благодаря кулоновскому взаимодействию. И, несмотря на их диполь-дипольное отталкивание, устойчивым состоянием будет конденсированная диэлектрическая фаза таких экситонов, которое стимулируется экситонным рассеянием в нижнее энергетическое состояние с ростом экситонной плотности из-за бозевской природы таких квазичастиц. В условиях конфайнмента и связанного с ним сжатия, МЭ можно накопить до плотности, достаточной для проявления эффектов коллективного взаимодействия, в котором определенную роль играют и спиновые степени свободы. МЭ являются долгоживущими благодаря ограниченному перекрытию волновых функций дырок и электронов через туннельный барьер, а время излучагельной аннигиляции составляет сотни наносекунд, что позволяет их накапливать. Релаксация же к решеточной температуре происходит на несколько порядков быстрее, чем их излучательный распад.
Изготовление квантово-размерных структур требует создания полупроводниковых гетеропереходов с необходимыми свойствами. Для этого, прежде всего, нужно найти подходящую пару материалов. В работе [3-5] обосновывалась необходимость выбора гетероструктур для создания «идеального» гетероперехода с бездефектной границей и хорошо согласующимися постоянными решетками (расхождение последних не

итоге, к моменту аннигиляции, волновая функция электрона простирается на большее расстояние, чем в момент рождения.
Строгое доказательство описанной выше модели образования магнитного экситона можно получить, применяя теоретико-групповые методы.
Возмущение физической системы приводит к переходу ее из одного состояния в другое. Вероятность такого перехода можно определить следующим образом:
=2тгП-'итп2ё{Ет-Е„ ±П<о), (1.22)
где итп - возмущение системы, переводящее ее из состояния Еп в состояние Ет.
Переход будет разрешен, если
{пт) = Н''хя{Г,)х{А)хт{Т1)*0, (1.23)
где к - порядок группы, 2"'(Г.), х(А), х"' (Г,) - характеры
соответствующих представлений.
Для построения пробных функций 'Г,- в уравнении можно воспользоваться оператором проектирования:
-хЕгГ, (1.24)

где Г — операция симметрии, %г - характер этой операции в соответствующей точечной группе, I - размерность неприводимого представления, к — порядок группы, суммирование осуществляется по всем операциям симметрии точечной группы.
Гамильтониан системы, в которой происходит только электростатическое взаимодействие можно представить в виде: