Особенности взаимодействия мощных ультракоротких лазерных импульсов с экситонами в квантовых нитях и точках (1104322)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиЛясковский Владимир ЛеонидовичОсобенности взаимодействия мощных ультракороткихлазерных импульсов с экситонами в квантовых нитях и точках.Специальность: 01.04.10 – физика полупроводниковАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2007Работа выполнена на кафедре физики полупроводниковФизического факультета Московского Государственного Университетаим. М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,доцент Е.А. ЖуковОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор В.Ю. Тимошенкокандидат физико-математических наук,старший научный сотрудникА.А. МаксимовВедущая организация:Московский государственный институтэлектронной техники(технический университет).Защита состоится 24 мая 2007г.

в ____ час. на заседании Диссертационногосовета Д 501.001.70 в Московском Государственном Университетеим. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, г. Москва, Ленинские горы, 1,МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет, аудитория 2-05а криогенного корпуса.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им. М.В. ЛомоносоваАвтореферат разослан «»2007г.Ученый секретарь диссертационногосоветаД 501.001.70МГУим. М.В.

Ломоносова, доктор физикоматематических наук,профессорГ.С. Плотников2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.Актуальность работы. Нелинейные оптические явления в квантовыхточках (КТ) и квантовых нитях (КН) представляют интерес, как с точки зренияопределения различных физических свойств наноструктур, так и с точки зренияих возможного применения в оптоэлектронике (оптические переключатели, ограничители интенсивности света, насыщающиеся поглотители для модуляциидобротности и синхронизации мод лазеров и т.д.). Следует отметить, что именно изучение нелинейных оптических свойств КТ CdSe в стеклянной матрицепозволило впервые обнаружить усиление и лазерную генерацию на квантовыхточках [1].При возбуждении полупроводниковых КТ ультракороткими импульсами(УКИ) лазера могут возникать два вида нелинейности, определяемые взаимодействием света со связанными и свободными электронами.

При взаимодействии световых полей высокой напряженности со связанными электронами безынерционные (классические) нелинейности в прозрачной среде (квадратичные,кубические и т.д.), определяющие зависимость поляризации от амплитуды светового поля, ответственны за процессы генерации гармоник в квантовых точках, многофотонное поглощение, фокусировку и дефокусировку лазерного луча. Динамические, резонансные нелинейности, возникающие при возбужденииносителей за счет резонансного поглощения света в КТ, связаны с доминирующим эффектом заполнения состояний. При этом значительные нелинейные изменения коэффициентов поглощения и преломления в наноструктурах могутбыть использованы для управления световым сигналом с помощью света, например, для создания оптических бистабильных систем.В полупроводниковых КН структурах, в которых носители могут двигаться только в одном направлении, экситоны начинают доминировать в спектрахпоглощения и люминесценции.

В КН вследствие ограничения движения,уменьшается среднее растояние между электроном и дыркой, что приводит кувеличению энергии их кулоновского взаимодействия и, таким образом, увеличению энергии связи экситонов. В типичных полупроводниковых КН размерное квантование может приводить к увеличению энергии связи экситона в несколько раз (до 20-30 мэВ [2]) по сравнению с соответствующим объемным полупроводником.

Энергию связи экситона можно значительно увеличить, еслизаменить барьерный полупроводниковый материал КН на изолятор с малой диэлектрической проницаемостью. В такой системе «диэлектрическое усиление»экситонов связано с концентрацией кулоновской энергии взаимодействия электрона и дырки в диэлектрике (силовые линии электрического поля, соединяющие электрон и дырку, частично, а для тонких нитей в основном, проходят через диэлектрик). Диэлектрическая матрица, окружающая полупроводниковуюнаноструктуру способна также существенно повлиять на процессы релаксациии рекомбинации носителей и экситонов в самой КН или КТ из-за большого числа поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик [3,4]. Таким образом, изучение полупроводниковых наноструктур, окруженныхдиэлектриком, привлекательно не только с точки зрения фундаментальных исследований особенностей электронных и экситонных свойств, но и из-за пер3спективности их прикладного использования в электронике и оптоэлектронике:подбирая материал полупроводниковой наноструктуры и окружающей ее барьера, возможно в широких пределах менять положение экситонных уровнейэнергии в наноструктурах – осуществлять «инженерию кулоновского взаимодействия» [5].Цели работы.1.

Изучение особенностей двухфотонного поглощения и нелинейного преломления в коллоидных КТ CdSe/ZnS при резонансном двухфотонномвозбуждении основного экситонного состояния мощными УКИ лазерногоизлучения.2. Установление механизмов инерционных оптических нелинейностей, определяющих пропускание коллоидного раствора КТ CdSe/ZnS в условияходнофотонного резонансного возбуждения основного экситонного состояния мощными УКИ лазерного излучения.3.

Исследование особенностей нелинейных оптических свойств полупроводниковых КН (CdSe) с диэлектрическими барьерами (Al2O3)Научная новизна работы заключается в следующем:1. Обнаружено значительное резонансное увеличение нелинейной восприимчивости третьего порядка и увеличение коэффициента двухфотонногопоглощения при двухфотонном резонансном возбуждении коллоидныхКТ CdSe/ZnS, относительно значений этих величин в объемном полупроводнике.2.

Впервые обнаружено аномальное поведение нелинейного поглощения вколлоидных КТ CdSe/ZnS при высоких уровнях резонансного однофотонного возбуждения основного экситонного перехода мощными УКИлазера – переход от уменьшения поглощения к увеличению поглощенияс ростом уровня возбуждения – обусловленное уменьшением временижизни возбужденного состояния экситонов при таких уровнях накачки.3. Впервые при высоких уровнях оптического возбуждения в КН (CdSe) cдиэлектрическим барьером (Al2O3) обнаружена нелинейная зависимостьинтенсивности фотолюминесценции от мощности накачки с ростомуровня возбуждения и изменение параметра «насыщения» на различныхучастках спектра, объясненные эффектом заполнения фазового пространства экситонов в КН различного диаметра.Научная и практическая ценность состоит в том, что в ней получен рядновых результатов, важных для понимания процессов резонансного взаимодействия УКИ света большой интенсивности с экситонами в квантовых точках,процессов экситонной рекомбинации в полупроводниковых наноструктурах, атакже влияния процессов внутризонной релаксации носителей при их большойплотности на оптические свойства полупроводниковых наноструктур.

Данные4исследования приобретают дополнительное значение в свете возможности широкого практического применения полупроводниковых наноструктур в приборах оптоэлектроники (активные среды лазеров, быстродействующие переключатели и т.д.).На защиту выносятся следующие положения: Обнаруженное аномальное поведение нелинейного поглощения в коллоидных КТ CdSe/ZnS при однофотонном резонансном возбуждении экситоновмощными УКИ лазера – переход от уменьшения поглощения к увеличениюпоглощения с ростом уровня возбуждения – объяснено с помощью моделинасыщения двухуровневой системы с уменьшающимся временем жизни возбужденного состояния при увеличении интенсивности накачки. Обнаруженое нелинейное изменение пропускания мощных УКИ лазера КТCdSe/ZnS (коллоидный раствор в толуоле) при двухфотонном резонансномвозбуждении основного экситонного перехода, объяснено двухфотонным резонансным поглощением и явлением самодефокусировки.

Анализ экспериментальных результатов позволил разделить процессы самодефокусировки,определяемые безынерционным изменением показателя преломления за счетвзаимодействия мощных импульсов света со связанными электронами и нелинейным изменением коэффициента преломления за счет поглощениядвухфотонно-возбужденными носителями в КТ.

Измеренное значение коэффициента двухфотонного поглощения β сопоставимо с величиной β в объемном полупроводнике. Измеренная величина нелинейной кубической восприимчивость третьего порядка Re χ(3) коллоидного раствора КТ CdSe/ZnS напорядок и более превосходит значения кубической восприимчивости, как втолуоле, так и в объёмном полупроводнике, что объяснено резонансным увеличением нелинейной кубической восприимчивости в КТ. Обнаруженные изменения в спектрах люминесценции КН с диэлектрическимбарьером CdSe/Al2O3 при высоких уровнях фотовозбуждения (асимметричное уширение, сопровождающееся сдвигом максимума спектра люминесценции в коротковолновую область спектра), нелинейная зависимость интенсивности люминесценции от интенсивности накачки («насыщение» интенсивности люминесценции), зависимость мощности насыщения от поперечных размеров КН и температуры образцов объяснены доминирующим эффектом заполнения фазового пространства экситонов в КН, зависимостью этого эффекта и, соответственно, мощности насыщения от боровской длины экситонаи от времени его рекомбинации.Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры полупроводников Физического факультетаМГУ им. М.В. Ломоносова; International Conference for Young Scientists and Engineers (IQEC/LAT-YS) (Moscow, Russia, 2002); Международной КонференцииСтудентов, Аспирантов и Молодых Ученых по Фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, Россия, 2003, 2005); 11th and 14th International Symposium“Nanostructures: Physics and Technology” (St.Petersburg, Russie, 2003, 2006); VIIРоссийской конференции по физике полупроводников (Москва, Россия, 2005);5Научной конференции «Ломоносовские чтения» (Москва, Россия, 2006); Russian — Swiss Seminar «Excitons and exciton condensates in confined semiconductorsystems» (Moscow, Russia, 2006).Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах,перечень которых приведен в конце автореферата.Структура и объем диссертации.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации