Трехчастичные электрон-дырочные комплексы в квантоворазмерных гетероструктурах

• Автор: Сергеев, Ринат Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Глава 1 Основное состояние идеально двумерного триона
§ 1 Введение
§2 Модели и волновая функция триона
§3 Основное состояние Х+ и Х~ трионов
§4 Результаты расчета и обсуждение
§5 Заключение к первой главе
Глава 2 Триплетное состояние идеально двумерного
Х+ триона
§1 Введение
§2 Вариационное исследование триплетного состояния триона
§3 Адиабатическое исследование триплетного состояния триона...»
§4 Аналитическое исследование критической области отношения
масс
§5 Прочие возбужденные состояния триона
§6 Заключение ко второй главе
Глава 3 X трион в квантовой яме конечной ширины
§1 Введение
§2 Экспериментальные результаты
§3 Трион в приближении бесконечно тяжелой дырки
§4 Роль отношения масс в рамках простой модели экситона и
триона в квантовой яме
§5 Поправки к энергии связи триона и обсуждение результатов
§6 Заключение к третьей главе
Глава 4 Электрон-дырочные комплексы в системе с
пространственным разделением носителей
§1 Введение
§2 Волновая функция пространственно-непрямого экситона
§3 Основное состояние Х+ триона с бесконечно тяжелыми
дырками
§4 Структура пространственно-непрямого Х+ триона с
бесконечно тяжелыми дырками
§5 Энергия связи X4 триона в адиабатическом приближении
§6 Основное состояние ХГ триона и биэкситона
§7 Оценки энергии связи ХГ1" триона в различных материалах
§8 Заключение к четвертой главе
Заключение
Список работ автора
Литература
Актуальность темы. Впервые квантовомеханические системы, состоящие из двух одинаковых ферми-частиц и третьей, имеющей произвольную массу и противоположный знак заряда, попали в область интереса исследователей еще в двадцатые годы прошлого века. Так, ион Н впервые был рассмотрен Бете еще в 1929 году [1]. В своих расчетах он использовал простую вариационную функцию с тремя варьируемыми параметрами, которую годом раньше предложил Хилераас для исследования основного состояния атома Не и других атомов с двумя электронами [2]. Результаты исследования иона Н получили практическое применение при рассмотрении взаимодействия ионов 1л+ и НТ (Хилераас [3])
Затем, в сороковые годы, свойства отрицательного иона водорода понадобились для объяснения непрозрачности атмосферы Солнца и солнцеподобных звезд. В связи с этим, возникла необходимость существенно уточнить полученный ранее результат Бете. Главным образом, предпринимались попытки просто увеличить количество вариационных параметров [4-6], но также шел поиск и более точных вариационных функций и здесь определенного успеха добился в 1946 году Чандрасекар [7].
В 1958 году Ламперт предсказал существование в полупроводниках трехчастичных электрон-дырочных комплексов (трионов или, как их еще часто называют, заряженных экситонов) [8]. В отличие от иона НГ или молекулы Н2+, особенность трионов в том, что отношение эффективных масс электрона и дырки, составляющих комплекс, не является малой величиной, и волновые функции электронов и дырок невозможно разделить. Интересно то, что в разных полупроводниках возможно достижение различных значений отношения масс электрона и дырки , отчего структура и свойства Х~ (два электрона + дырка) и Х+ (две дырки и электрон) комплексов могут качественно меняться от иона’ГГ или молекулы Н2+ в одном пределе (при массе электрона « массы дырки) Яо иона позитрония в другом пределе (при равных массах электрона дырки). Заметан, что в последнем случае Х7 и X* трионы фактически переходят один в дру|ой при

Глава
Х~ трион в квантовой яме конечной ширины
§1. Введение.
В предыдущих главах мы предполагали квантовую яму (КЯ) двумерной, то есть считали, что она обеспечивает характерный масштаб локализации носителей в направлении роста много меньший характерных размеров триона и что движением носителей в этом направлении можно полностью пренебречь. Однако, оказывается, что в условиях реального эксперимента боровский радиус экситона, как правило, сравним с длиной локализации носителей в гетероструктуре. Попытка добиться большей локализации носителей приводит к выталкиванию волновых функций носителей в барьерную область, а также - росту влияния любых шероховатостей границ КЯ. Последнее может привести к фактическому распаду квантовой ямы на систему слабосвязанных квантовых точек, возникающих в местах, в которых, вследствие флуктуации, КЯ имеет большую локальную ширину. Поэтому представляет интерес проследить эволюцию триона с изменением ширины КЯ от объемного до идеально двумерного случая и, в той области значений этой ширины, которая доступна в эксперименте, сравнить данные теоретического расчета с тем, что получается в эксперименте.
Первое экспериментальное наблюдение отрицательно заряженных трионов (X-) совершено Хенгом и др. [12] в 1993 году в гетероструктуре с квантовой ямой на основе СсГГе. Трионы также наблюдались в КЯ на основе ОаАя и гпве [13-15]. К данному моменту накоплено значительное количество экспериментальных данных по X триону для разных типов гетероструктур с различными параметрами.
Главной характеристикой отрицательно (или положительно) заряженного экситона является его энергия связи, т.е. энергия, которая требуется на то, чтобы разделить трион на нейтральный экситон и свободный электрон (дырку). Эволюция