Автореферат (Особенности нелинейного поглощения при резонансном одно- и двухфотонном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe-ZnS), страница 2

Обоснованна необходимость учитывать возникающеетушение люминесценции квантовых точек при высоких уровнях возбуждения.Тушение люминесценции может быть обусловлено процессом заполнениясостояний, безызлучательной Оже-рекомбинацией и длинноволновымштарковским сдвигом спектра экситонного поглощения.5.Реализован способ подавления процесса самосинхронизации мод внаносекундном Nd3+:YAlO3-лазере с модулированной добротностью припомещении в резонатор элемента отрицательной обратной связи.Припомещении в резонатор двухфотонно поглощающей пластины монокристаллаGaAs удалось добиться полного подавления самосинхронизации, а припомещении в резонатор кюветы с коллоидным раствором квантовых точекCdSe/ZnS - частичного подавления самосинхронизации.Научная и практическая значимость работы.

В данной работепредставлены новые научные результаты, отражающие важные особенностифундаментальных физических явлений, возникающих при резонансном одно- идвухфотонном возбуждении основных электронно-дырочных (экситонных)переходов в коллоидном растворе квантовых точек CdSe/ZnS короткимимощными лазерными импульсами. Полученные результаты представляютинтерес для понимания процессов нелинейного изменения экситонногопоглощения и процессов экситонной рекомбинации в полупроводниковыхквантовых точках и их влияния на оптические свойства наноструктур.Полученные результаты указывают на необходимость учета особенностей5сосуществующих процессов в полупроводниковых наноструктурах присоздании и повышении эффективности приборов оптоэлектроники на ихоснове.На защиту выносятся следующие положения:1.В рамках модели насыщения поглощения двухуровневой системы внестационарном случае (времена релаксации возбужденного состояниясопоставимы с длительностью возбуждающего импульса) проведены расчеты,позволяющие объяснить экспериментально полученное поглощение мощныхультракоротких импульсов света: замедление темпа увеличения пропускания идаже уменьшение пропускания коллоидного раствора квантовых точекCdSe/ZnS при высоких уровнях резонансного однофотонного возбужденияэлектронно-дырочного (экситонного) перехода 1S 3 / 2 (h)  1S (e) .

Это может бытьобъяснено доминирующим процессом заполнения основного состояния(насыщением) с учетом зависимости времени жизни возбужденного состоянияэкситонов от интенсивности света (его уменьшением из-за безызлучательнойОже-рекомбинации).2.Обнаружена френелевская и фраунгоферовская самодифракциялуча лазера, прошедшего через кювету с коллоидным раствором квантовыхточек CdSe/ZnS, в случае резонансного однофотонного возбуждения основногоэкситонного перехода 1S 3 / 2 (h)  1S (e). Самодифракция возникает за счетформирования канала прозрачности и наведенной диафрагмы в результатедоминирующих эффектов заполнения состояний, сопровождающегосяпоглощением периферийных участков лазерного луча (процесса “обдирания”луча (strip-effect)) и штарковского длинноволнового сдвига экситонногопоглощения.3.Обнаруженное замедление роста двухфотонного поглощения(отклонение от характерной зависимости) при высоких уровнях резонансногодвухфотонного возбуждения электронно-дырочных (экситонных) переходов1S 3 / 2 (h)  1S (e) и 1P3 / 2 (h)  1S (e) в квантовых точках CdSe/ZnS объяснено влияниемпроцесса заполнения состояний в квантовых точках и штарковским сдвигомэкситонного перехода наведенным электрическим полем в заряженнойквантовой точке.4.Осуществлен метод измерения коэффициента двухфотонногопоглощения по трекам фотолюминесценции (зависимости интенсивностилюминесценции от расстояния).

Показано, что при высоких уровняхвозбуждения необходимо учитывать возникающее тушение люминесценцииквантовых точек CdSe/ZnS на начальном участке трека люминесценции,которое может быть обусловлено процессами заполнения состояний,безызлучательной Оже-рекомбинации и Штарк-эффектом экситонов.5.Реализован способ подавления процесса самосинхронизации мод внаносекундном Nd3+:YAlO3-лазере с модулированной добротностью припомещении внутрь резонатора элемента отрицательной обратной связи(двухфотонно поглощающих пластины монокристаллаGaAs, или при6частичном подавлении самосинхронизации - кюветы с коллоидным растворомквантовых точек CdSe/ZnS).Обоснованность и достоверность основных полученных результатовобеспечивается использованием современных экспериментальных методовисследования, сравнением экспериментально полученных результатов срезультатами численного моделирования, анализом литературных данных,непротиворечивостью полученных данных и выводов результатам другихисследователей.

Достоверность и надежность результатов обеспечиваетсятщательностьюпроведенияэкспериментовиподтверждаетсявоспроизводимостью результатов. Результаты исследований опубликованы вреферируемых журналах и неоднократно обсуждались и докладывались наразличных российских и международных конференциях и симпозиумах потематике диссертационной работы.Апробация работы. Вошедшие в работу результаты докладывались навсероссийских и международных научных конференциях и симпозиумах:- Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодыхученых «ВНКСФ -14», (Уфа, РФ, 2008);- XV и XVIII Международных конференциях студентов, аспирантов имолодых ученых «Ломоносов-2008» и «Ломоносов-2011» Секция «Физика»,(Москва, РФ, 2008 и 2011)- IX Российской конференции по физике полупроводников«Полупроводники-09 (Новосибирск-Томск, РФ, 2009);- Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике,лазерам, применению и технологиям «ICONO/LAT 2010» (Казань, РФ, 2010);- Научной конференции «Ломоносовские чтения.

Секция Физика»(Москва, РФ, 2011);- 19м, 21м и 22м Международных Симпозиумах «Nanostructures: Physicsand Technology» (Екатеринбург, РФ, 2011 и Санкт-Петербург, РФ, 2013 и 2014).Публикации и личный вклад автора. По результатам исследований,отраженных в данной диссертационной работе, опубликовано 5 работ вроссийских и зарубежных реферируемых научных журналах и 10 работ всборниках трудов международных и российских конференций и симпозиумов.Полученные результаты являются оригинальными и имеют большоепрактическое значение. Определяющий личный вклад автора в выполненнуюработу заключается в разработке экспериментальных методик и созданииэкспериментальныхустановок,выполненииосновногообъемаэкспериментальных измерений, проведении расчетов, анализе и интерпретацииполученных результатов.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спискалитературы.

Она содержит 143 страницы текста и включает 61 рисунок. Списокцитируемой литературы содержит 156 наименований.7СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.Вовведенииобоснованаактуальностьтемыисследования,сформулированы основные цели работы, изложены основные положения,выносимые на защиту, отмечена научная новизна, достоверность ипрактическая значимость полученных результатов, представлен списокпубликаций по теме диссертации.Первая глава данной работы посвящена описанию физических свойствнаноструктур в целом и полупроводниковых КТ в частности и содержит обзорлитературы по тематике научной работы диссертации. В этой главе изложеныособенности и методы создания полупроводниковых структур пониженнойразмерности, в том числе коллоидных КТ селенида кадмия типа ядро/оболочка.Рассмотреныквантованиеэнергиииэнергетическаяструктураполупроводниковых КТ и основные свойства электронно-дырочных(экситонных) переходов в полупроводниковых наноструктурах.

Особоевнимание уделено описанию нелинейных эффектов в полупроводниковых КТпри высоких уровнях оптического возбуждения: насыщение поглощенияосновногоэкситонногоперехода,механизмыизлучательнойибезызлучательной Оже-рекомбинации в полупроводниковых наноструктурах,эффект Штарка и процесс фотозатемнения в полупроводниковых КТ.Рассмотренынелинейныеоптическиесвойстваполупроводниковыхнаноструктур в случае их резонансного двухфотонного возбуждения.Вторая глава посвящена изучению особенностей нелинейногопоглощения и пропускания полупроводниковых коллоидных КТ CdSe/ZnS вслучае резонансного однофотонного возбуждения основного разрешенногооптического 1S3/2(h)→1S(e) электронно-дырочного (экситонного) переходамощными ультракороткими импульсами лазера.В первом параграфе главы рассмотрены характеристики исследуемыхколлоидных КТ CdSe/ZnS: их структура, схема энергетических уровней иоптических переходов, спектры пропускания и фотолюминесценции.