Ядерные спиновые эффекты в полупроводниковых квантовых точках при оптическом возбуждении

• Автор: Чехович, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Ядерная спиновая система в твердом теле

1.1.1. Физические взаимодействия в системе ядерных спинов

1.1.2. Электронно-ядерные взаимодействия

1.1.3. Динамическая ядерная поляризация

1.1.4. Релаксация ядерной поляризации

1.2. Спиновые состояния электронов и дырок в квантовых точках

1.2.1. Полупроводниковые квантовые точки

1.2.2. Энергетический спектр состояний в квантовых точках

с различным зарядом
1.3. Эффекты сверхтонкого взаимодействия электронов и ядер в полупроводниковых квантовых точках
1.3.1. Оптическая накачка и детектирование ядерной поляризации в квантовых точках
1.3.2. Влияние сверхтонкого взаимодействия электронов и ядер на спиновую релаксацию электронов в квантовых точках
2. Образцы и методика эксперимента
2.1. Структуры с квантовыми точками 1пР/Са1пР
2.2. Структуры с квантовыми точками СаАв/АЮаАз
2.3. Спектроскопия фотолюминесценции

2.4. Резонансная спектроскопия квантовых точек
3. Эффект Оверхаузера в одиночных квантовых точках
ІпР/СаІпР
3.1. Характеризация экситонных состояний в квантовых точках ІпР/ОаІпР
3.2. Оптическая накачка ядерной спиновой поляризации в кван-
товых точках ІпР/СаІпР с различными зарядовыми состояниями
3.3. Обратная связь в системе электронных и ядерных спинов в
квантовых точках ІпР/СаІпР
3.4. Выводы
4. Ядерная спиновая поляризация в квантовых точках
ІпР/СаІпР при резонансном оптическом возбуждении
4.1. Общие свойства отклика ядерной спиновой поляризации на резонансное оптическое возбуждение экситонных переходов
в квантовых точках ІпР/ОаІпР
4.2. Эффект Оверхаузера и оптический ”солид-эффект” при резонансном возбуждении квантовых точкек ІпР/ОаІпР
4.3. Теоретическая модель
4.4. Сравнение расчетов с экспериментом
4.5. Насыщение степени поляризации ядерных спинов при резонансной накачке
4.6. Выводы
5. Динамика ядерной спиновой поляризации в квантовых точках
5.1. Динамика ядерной спиновой поляризации при оптическом
возбуждении (динамика выстраивания) в квантовых точках

5.2. Методика измерения динамики ядерной спиновой поляризации в темноте (динамики затухания) в одиночных квантовых точках
5.3. Динамика затухания ядерной спиновой поляризации в квантовых точках СаАя/АЮаАв
5.4. Динамика затухания ядерной спиновой поляризации в квантовых точках 1пР/Са1пР
5.5. Подавление ядерной спиновой диффузии в полупроводниковых КТ (сравнение динамики затухания ядерной поляризации в различных материалах)
5.6. Выводы
Заключение
Литература

то время как их высота имеет величину лишь порядка 5 нм [71]. Ширина запрещенной зоны составляет ~1.65 эВ в сформировавшихся КТ и ~1.8 эВ в частично сформировавшихся точках. Большой размер КТ первого типа приводит к тому, что в них может накапливаться значительное количество носителей зарядов [70], в результате чего фотолюминесценция (ФЛ) из таких точек имеет вид сильно уширенных линий (~1 мэВ). В то же время ФЛ основного состояния КТ второго типа состоит из узких спектральных линий с шириной менее 15 мкэВ. В настоящей работе исследуются свойства экситонных состояний и ядерной поляризации лишь в частично сформировавшихся точках с энергией излучения 1.8-1.9 эВ.
В процессе роста и тестирования данных структур было установлено, что плотность КТ второго типа в образцах сильно зависит от угла разо-риентатщи подложки а. Из измерений фотолюминесценции было найдено, что в образце с а=3° плотность точек составляет ~109 см-1 и увеличивается до более чем Ю10 см-1 при а=10°. Существенный рост плотности КТ с увеличением разориентации подложки может быть связан с повышенной плотностью моноатомных ступенек, служащих центрами зарождения точек в таких структурах [72]. В данной работе были использованы оба типа структур. Ниже образец с ск=3° с низкой плотностью КТ обозначен для краткости как НП-образец, а образец с высокой плотностью КТ (а=10°) как ВП-образец.
2.2. Структуры с квантовыми точками СаАк/АЮаАз
Помимо структур с квантовыми точками 1пР/Са1пР в данной работе также были исследованы образцы с СаАв/АЮаАэ КТ. Образец представлял собой квантовую яму СаАэ с номинальной толщиной 13 монослоев, выращенную в барьере Alo.33Gao.67As. Скорость роста составляла 0.1 нм/с (0.15 нм/с) для квантовой ямы (барьера). Квантовые точки формировались в результате моноатомных флуктуаций толщины квантовой ямы. Энергия локализации экситонов в таких КТ составляет порядка 15 мэВ. Из дан-