Диссертация (1097781), страница 44
Текст из файла (страница 44)
à) ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ïåðâîé êâàíòîâîé òî÷êå óâåëè÷èâàåòñÿ (ðèñ. à, êðèâàÿ ñåðîãî öâåòà) ïî ñðàâíåíèþ ñî ñêîðîñòüþ ðåëàêñàöèè â îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ (ðèñ. à, êðèâàÿ ÷åðíîãî öâåòà). Îäíîâðåìåííî óâåëè÷èâàåòñÿ àìïëèòóäà ÷èñåë çàïîëíåíèÿâî âòîðîé êâàíòîâîé òî÷êå, ñâÿçàííîé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà (ðèñ. á). Óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè îáóñëîâëåíî óìåíüøåíèåì âåëè÷èíû íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè ∆ε/γ ïðè ðåëàêñàöèè çàðÿäà, âûçâàííûì íàëè÷èåì êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ(ðèñ. à, ðèñ. ). Íà ðèñóíêåïîêàçàíî êàê èçìåíÿåòñÿ âåëè÷èíà ðàññòðîéêè ñî âðåìåíåì.
 îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ âåëè÷èíàðàññòðîéêè îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé (ðèñ.ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ ñåðîãî öâåòà).Íàëè÷èå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè ïðè ðåëàêñàöèè çàðÿäà, çà èñêëþ÷åíèåì íà÷àëüíîãî ìîìåíòà è âðåìåííîãî èíòåðâàëà, êîãäà ïðàêòè÷å-6.3 6.86.46.26.46.46.46.26.36.36.3241ñêè âåñü çàðÿä ïðîðåëàêñèðîâàë â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà è ñèñòåìà ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ñòàíîâèòñÿ ïóñòîé. Íà ýòîì ýòàïå âðåìåííîé ýâîëþöèè íàëè÷èåì êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìîæíî ïðåíåáðå÷ü(ðèñ.
, êðèâàÿ ñåðîãî öâåòà).6.3бÐèñ. 6.2 . Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå èçìåíåíèÿ ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè âñèñòåìå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê çà ñ÷åò êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Îäíà èç êâàíòîâûõ òî÷åê (âòîðàÿ) âçàèìîäåéñòâóåò ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà. ñëó÷àå îòðèöàòåëüíîé íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè â òî÷êàõ (ε1 < ε2 ðèñ. á) ïðîèñõîäèò óâåëè÷åíèå çíà÷åíèÿ ðàññòðîéêè äàæå äëÿ ìàëûõ çíà÷åíèé êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ (ðèñ. ,êðèâàÿ ÷åðíîãî öâåòà).
Ïîýòîìó, ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ïåðâîé êâàíòîâîé òî÷êå óìåíüøàåòñÿ(ðèñ. à, ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ ÷åðíîãî öâåòà) ïî ñðàâíåíèþ ñî ñêîðîñòüþðåëàêñàöèè â îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ (ðèñ. á, ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ ÷åðíîãî öâåòà), êîãäà âåëè÷èíà ðàññòðîéêè îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé.6.26.46.36.4Ðèñ.
6.3 . Âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè â êâàíòîâûõ òî÷êàõ.U/γ = 0 è ïîëîæèòåëüíàÿ ðàññòðîéêà â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè (ε1 − ε2 )/γ = (6, 3 −6, 0)/1 = 0, 3-ñåðàÿ ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ; U/γ = 0 è îòðèöàòåëüíàÿ ðàññòðîéêà â íà÷àëüíûéìîìåíò âðåìåíè (ε1 − ε2 )/γ = (6, 0 − 6, 3)/1 = −0, 3-÷åðíàÿ ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ; U/γ = 3 èïîëîæèòåëüíàÿ ðàññòðîéêà â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè (ε1 − ε2 )/γ = (6, 3 − 6, 0)/1 = 0, 3ñåðàÿ êðèâàÿ; U = 3 è îòðèöàòåëüíàÿ ðàññòðîéêà â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè (ε1 − ε2 )/γ =(6, 0 − 6, 3)/1 = −0, 3-÷åðíàÿ êðèâàÿ.Ðàññìîòðèì òåïåðü îñîáåííîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà,242числа заполнениячисла заполнениябÐèñ.
6.4 . Âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ â ïåðâîé à). n1 (t) è âî âòîðîé á). n2 (t)U/γ = 0-÷åðíàÿ êðèâàÿ äëÿ ïîëîæèòåëüíîé (ε1 − ε2 )/γ = (6, 3 − 6, 0)/1 =0, 3 è îòðèöàòåëüíîé (ε1 − ε2 )/γ = (6, 0 − 6, 3)/1 = −0, 3 ðàññòðîåê ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè âêâàíòîâûõ òî÷êàõ â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè, U/γ = 3 è (ε1 − ε2 )/γ = (6, 3 − 6, 0)/1 = 0, 3-ñåðàÿ êðèâàÿ, U/γ = 3 è (ε1 − ε2 )/γ = (6, 0 − 6, 3)/1 = −0, 3-÷åðíàÿ ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ.Ïàðàìåòðû T /γ = 0, 6 è γ = 1, 0 îäèíàêîâûå äëÿ âñåõ ãðàôèêîâ.êâàíòîâûõ òî÷êàõ.â ñëó÷àå ñèëüíîãî êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìèýëåêòðîíàìè (U n2 (t)/γ ≥ ∆ε/γ ).Èññëåäóåì ñëó÷àé ïîëîæèòåëüíîé íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè (ðèñ.
). Çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ îò âðåìåíè â êâàíòîâûõ òî÷êàõ äåìîíñòðèðóþò òðè õàðàêòåðíûõ îáëàñòè ñ ðàçëè÷íûìè ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè. Ïåðâàÿ îáëàñòü îòíîñèòñÿ ê âðåìåííîìó èíòåðâàëó0 < t < t02max (t02max - ìîìåíò âðåìåíè, â êîòîðûé ÷èñëà çàïîëíåíèÿ âî âòîðîé êâàíòîâîé òî÷êå äîñòèãàþò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ n2max (ðèñ. á)). ìîìåíò âðåìåíè t02max (ðèñ. a) ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ â ïåðâîé êâàíòîâîé òî÷êå (ôîðìèðóåòñÿ ïðîâàë).Ñîîòâåòñòâóþùåå ïîâåäåíèå ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè ïîêàçàíîíà ðèñóíêå.
Íàëè÷èå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðèâîäèò ê áûñòðîé êîìïåíñàöèè íà÷àëüíîé ïîëîæèòåëüíîé ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìèýíåðãèè â êâàíòîâûõ òî÷êàõ. Äàëüíåéøàÿ âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ âûçûâàåòôîðìèðîâàíèå îòðèöàòåëüíîé ðàññòðîéêè. Ìàêñèìóì ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè âî âòîðîé êâàíòîâîé òî÷êå ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè.
Íà ðàññìàòðèâàåìîì âðåìåííîì èíòåðâàëå ðåëàêñàöèÿ çàðÿäà â ïåðâîé êâàíòîâîé òî÷êå ïðîèñõîäèò ñ õàðàêòåðíîé ñêîðîñòüþ ðåëàêñàöèè î÷åíü áëèçêîé ê âåëè÷èíå γres . Ðîñò âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íà ïåðâîì ýòàïå ðåëàêñàöèè ïðèâîäèò êñëàáîìó óìåíüøåíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ïî ñðàâíåíèþ ñî ñëó÷àåì, êîãäàðåëàêñàöèÿ ïðîèñõîäèò áåç ó÷åòà êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.Âòîðàÿ îáëàñòü ðåëàêñàöèè çàðÿäà îòíîñèòñÿ ê âðåìåííîìó èíòåðâàëó t02max < t < t01min (t01min - ìîìåíò âðåìåíè, â êîòîðûé ÷èñëà çàïîëíåíèÿ6.56.56.66.5243числа заполнениячисла заполнениябÐèñ. 6.5 . Âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ â ïåðâîé à). n1 (t) è âî âòîðîé á). n2 (t)êâàíòîâûõ òî÷êàõ.U/γ = 0-ñåðàÿ êðèâàÿ, U/γ = 6-ñåðàÿ ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ, U/γ = 12U/γ = 14-÷åðíàÿ êðèâàÿ.
Ïàðàìåòðû (ε1 − ε2 )/γ = (6, 3 − 6, 0)/1 =0, 3, T /γ = 0, 6 è γ = 1, 0 îäèíàêîâûå äëÿ âñåõ ãðàôèêîâ.÷åðíàÿ ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ,â ïåðâîé êâàíòîâîé òî÷êå äîñòèãàþò ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ n1min ). Íàâòîðîì ýòàïå çàðÿä, ëîêàëèçîâàííûé â íà÷àëüíûé ìîìåíò â ïåðâîé êâàíòîâîé òî÷êå, ðåëàêñèðóåò ñ õàðàêòåðíîé ñêîðîñòüþ î÷åíü áëèçêîé ê âåëè÷èíåγnonres . Âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ â îáåèõ êâàíòîâûõ òî÷êàõäåìîíñòðèðóåò îäíîâðåìåííîå îáðàçîâàíèå ïðîâàëà (ðèñ. à,á), êîòîðûéñîîòâåòñòâóåò ëîêàëüíîìó ìèíèìóìó ýôôåêòèâíîé ðàññòðîéêè (ðèñ.
).Ýôôåêò îáðàçîâàíèÿ ïðîâàëà ñâÿçàí ñ ïåðåðàñïðåäåëåíèåì çàðÿäà ìåæäóêâàíòîâûìè òî÷êàìè ÷åðåç êàíàë ðåëàêñàöèè ñ ñîîòâåòñòâóþùåé õàðàêòåðíîé ñêîðîñòüþ ðåëàêñàöèè (|E1 − E2∗ |) (óð.(5.30)) çà ñ÷åò íàëè÷èÿ êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè ýëåêòðîíàìè.
Ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà çíà÷èòåëüíî âëèÿåò íà ïîâåäåíèå ñèñòåìû âî âòîðîìâðåìåííîì èíòåðâàëå èç-çà áîëüøîé âåëè÷èíû äåéñòâèòåëüíîé ÷àñòè ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè (|E1 − E2∗ |), êîòîðàÿ ïðîïîðöèîíàëüíà âåëè÷èíå U n2 (t)(ðèñ.êðèâàÿ ñåðîãî öâåòà). Íà ïåðâîì âðåìåííîì èíòåðâàëå ðåëàêñàöèÿïðîèñõîäèò ðåãóëÿðíûì îáðàçîì, ïîòîìó ÷òî äåéñòâèòåëüíàÿ ÷àñòü â âûðàæåíèè äëÿ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè (|E1 −E2∗ |) ïðåíåáðåæèìî ìàëà èëè âîîáùåîòñóòñòâóåò èç-çà ìàëîé àìïëèòóäû ÷èñåë çàïîëíåíèÿ âî âòîðîé êâàíòîâîéòî÷êå. Âêëàä îò ìåõàíèçìà ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà â ïðîöåññ ðåëàêñàöèè ñòàíîâèòñÿ çíà÷èòåëüíûì â ìîìåíò âðåìåíè, êîãäà àìïëèòóäà ÷èñåëçàïîëíåíèÿ âî âòîðîé êâàíòîâîé òî÷êå ïðèíèìàåò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå.Ýòîò ýôôåêò ñàìîñîãëàñîâàííûì îáðàçîì âëèÿåò íà äèíàìèêó ðåëàêñàöèèçàðÿäà â ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ âåëè÷èíû ðàññòðîéêèìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè â êâàíòîâûõ òî÷êàõ. òðåòüåé îáëàñòè ðåëàêñàöèÿ çàðÿäà ïðîèñõîäèò ñ õàðàêòåðíîé ñêîðîñòüþ î÷åíü áëèçêîé ê âåëè÷èíå γres .
Íàëè÷èå òðåòüåé îáëàñòè ñâÿçàíî ñ6.56.76.6244Ðèñ. 6.6 . Âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè â êâàíòîâûõ òî÷êàõ(ε1 − ε2 )/γ = (6, 3 −6, 0)/1 = 0, 3. U/γ = 0-ñåðàÿ êðèâàÿ; U/γ = 6-ñåðàÿ ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ; U/γ = 12-÷åðíàÿïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ; U/γ = 14-÷åðíàÿ êðèâàÿ.äëÿ ñëó÷àÿ ïîëîæèòåëüíîé ðàññòðîéêè â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíèóìåíüøåíèåì àìïëèòóäû ÷èñåë çàïîëíåíèÿ âî âòîðîé êâàíòîâîé òî÷êå. Ýòîïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäûäóùèìâðåìåííûì èíòåðâàëîì. Íàëè÷èå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñëàáî âëèÿåò íà ðàññòðîéêó ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè ïî ñðàâíåíèþ ñî âòîðûì âðåìåííûì èíòåðâàëîì, ïîñêîëüêó íà òðåòüåì ýòàïå ðåëàêñàöèè çàðÿä ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò â ñèñòåìå.
Òàêèì îáðàçîì íà òðåòüåì ýòàïå ðåëàêñàöèè ïåðåðàñïðåäåëåíèåì çàðÿäà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Äàëüíåéøàÿýâîëþöèÿ çàðÿäà ïîêàçûâàåò ñòðåìëåíèå âåëè÷èíû ýôôåêòèâíîé ðàññòðîéêè ê çíà÷åíèþ ðàññòðîéêè â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè.Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî êóëîíîâñêîåâçàèìîäåéñòâèå çíà÷èòåëüíî âëèÿåò íà ðåëàêñàöèþ çàðÿäà â ñèñòåìå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ðåçåðâóàðîì è ïðèâîäèò êîáðàçîâàíèþ íåñêîëüêèõ õàðàêòåðíûõ îáëàñòåé ñ ðàçëè÷íûìè ñêîðîñòÿìèðåëàêñàöèè. Âïåðâûå ïîêàçàíî, ÷òî â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ðåëàêñàöèÿ çàðÿäà ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðîèñõîäèò â òðåìÿðàçëè÷íûìè ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè.
Ê íàñòîÿùåìó ìîìåíòó áûëî îáíàðóæåíî íàëè÷èå òðåõ ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè â îäíîé êâàíòîâîéòî÷êå ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì, ñâÿçàííîé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà [245].  ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ áûëî ïðîäåìîíñòðèðîâàíî íàëè÷èå òîëüêî äâóõ ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè [242, 243] ïðèîòñóòñòâèè â ñèñòåìå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.Äëÿ àíàëèçà ìåõàíèçìà ðåëàêñàöèè çàðÿäà èññëåäóåì çàâèñèìîñòè îòâðåìåíè ïîêàçàòåëåé ýêñïîíåíò, êîòîðûå îïðåäåëÿþò ñêîðîñòè ðåëàêñàöèèçàðÿäà êàæäîãî èç êàíàëîâ (ìîä) â êâàíòîâûõ òî÷êàõ. Òàêæå èññëåäóåì245ïîâåäåíèå ïðåäýêñïîíåíöèàëüíûõ ìíîæèòåëåé â çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè,êîòîðûå îïèñûâàþò âðåìåííóþ ýâîëþöèþ è ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà äëÿêàæäîãî èç êàíàëîâ ðåëàêñàöèè â êâàíòîâûõ òî÷êàõ.
Ïðîàíàëèçèðóåì íàèáîëåå èíòåðåñíûé ñëó÷àé ïîëîæèòåëüíîé íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè, êîãäà êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ ïðîâàëà íà îäíîì èçýòàïîâ ðåëàêñàöèè çàðÿäà.  ýòîì ñëó÷àå êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå ïðèâîäèò ê ïðèíöèïèàëüíî íîâîìó çàêîíó ðåëàêñàöèè çàðÿäà ïî ñðàâíåíèþ ñïîëó÷åííûìè ðàíåå [242, 243, 245].вбÐèñ. 6.7 . Âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè äëÿ êàæäîãî èç êàíàëîâ ðåëàêñàöèè(ε1 − ε2 )/γ = (6, 3 − 6, 0)/1 = 0, 3; T /γ = 0, 6; γ = 1, 0.|E1 − E1∗ |-÷åðíàÿ êðèâàÿ; |E2 − E2∗ |-÷åðíàÿ ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ; |E1 − E2∗ |-ñåðàÿ êðèâàÿ; à).U/γ = 6; á).
U/γ = 12; â). U/γ = 14.ïðè çíà÷åíèè ïåðåìåòðîâ ñèñòåìûÐàññìîòðèì ñíà÷àëà âðåìåííóþ ýâîëþöèþ ïîêàçàòåëåé ýêñïîíåíò(ðèñ. ).  îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè âî âòîðîì êàíàëå (âòîðîé ìîäå) |E2 − E2∗ | âñåãäà ïðåâîñõîäèò ñêîðîñòüðåëàêñàöèè â ïåðâîì êàíàëå (ïåðâîé ìîäå) |E1 − E1∗ |.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
