Автореферат (1149173), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Определены экспериментальные условия, при которых основную роль играют фундаментальные процессы, а именно,низкие температуры образца (Т < 10 K) и низкие уровни квази-резонансногооптического возбуждения (< 0.1 Вт/см2 ). Разработанные экспериментальныеметоды исследования когерентной и некогерентной экситонной динамики могутбыть использованы для экспериментального исследования высококачественныхгетероструктур различных типов.Достоверность полученных результатов обеспечивается их самосогласованностью.
Все экспериментальные данные, полученные разными экспериментальными методами, согласуются между собой и с развитыми теоретическимимоделями. Результаты также согласуются с имеющимися результатами, полученными другими авторами.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались автором на следующих конференциях и симпозиумах:1. A. Trifonov «Exciton-exciton scattering in parabolic quantum wells», 2ndInternational Conference on Quantum Technologies, July 20–24, 2013,Skolkovo, Moscow District, Russia.2.
A.V. Trifonov, A.S. Kurdyubov, S.N. Korotan, I.Ya. Gerlovin, Yu.P.Efimov, Yu.K. Dolgikh, S.A. Eliseev, and V.V. Petrov, «Energy relaxationof hot excitons in InGaAs/GaAs quantum well», Proceedings of the722nd International Symposium “Nanostructures: Physics and Technology”(Saint Petersburg, Russia, June 23–27, 2014). ISBN 978-5-906433-09-1.3. А. В.
Трифонов, С. Н. Коротан, А. С. Курдюбов, И. Я. Герловин,И. В. Игнатьев, Ю. П. Ефимов, С. А. Елисеев, Ю. К. Долгих,В. В. Овсянкин, "Нетривиальная динамика экситонов в высококачественной InGaAs/GaAs квантовой яме XIX Международный симпозиум «Нанофизика и Наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия,10-14.03.2015.4. И. Я. Герловин, И. В. Игнатьев, И. А. Ловцюс, В. В. Петров, А.В.
Трифонов, "Биения квантово-размерных экситонных состояний вInGaAs/GaAs гетероструктуре”, XII Российская конференция по физике полупроводников. Г. Звенигород Московской обл. (Россия), 21 –25 сентября 2015 г. Тезисы докладов (изд. М: ФИАН, 2015), с. 135. А. В. Трифонов, "Quantum beats of quantum confined exciton statesin quantum wells» (invited), International Symposium on AdvancedMaterials Having Multi-Degrees-of-Freedom– Optical properties,Structural Analyses, Imaging and Informatics of Materials, 2-3 ноября 2015 года Университет г.
Кумамото, Япония.Личный вклад. Практически все представленные в работе экспериментальные данные были получены автором работы. Автор также принимал активное участие в процессе создания экспериментальных установок, а также процессе разработки дизайна, характеризации и отбора исследуемых образцов. Помимо этого автор принимал участие в обработке экспериментальных данных инаписании статей для научных журналов.Публикации.
Основные результаты по теме диссертации изложены в4 печатных изданиях, 3 из которых изданы в журналах с импакт-факторамивыше 3, индексируемых системами цитирования Web of Science и Scopus, 1 — вматериалах конференций.Список публикаций автора по теме диссртации:1. A. V. Trifonov, S.
N. Korotan, A. S. Kurdyubov, I. Ya. Gerlovin, I. V.Ignatiev, Yu. P. Efimov, S. A. Eliseev, V. V. Petrov, Yu. K. Dolgikh, V.V. Ovsyankin, and A. V. Kavokin, "Nontrivial relaxation dynamics ofexcitons in high-quality InGaAs/GaAs quantum wells”, Physical review B91, 115307 (2015)2. A. V. Trifonov, I. Ya. Gerlovin, I. V. Ignatiev, I. A. Yugova, R. V.Cherbunin, Yu.
P. Efimov, S. A. Eliseev, V. V. Petrov, V. A. Lovtcius, and8A. V. Kavokin, "Multiple-frequency quantum beats of quantum confinedexciton states”, Physical review B 92, 201301(R) (2015)3. A. Tzimis, A. V. Trifonov, G. Christmann, S. I. Tsinzos, Z. Hatzopoulos, I.V. Ignatiev, A.
V. Kavokin, "Strong coupling and stimulated emission insingle parabolic quantum well microcavity for terahertz cascade”, AppliedPhysics Letters 107, 101101 (2015)4. Trifonov, A.V., Kurdyubov, A.S., Korotan,S.N., Gerlovin, I.Ya., Efimov,Yu.P., Dolgikh, Yu.K., Eliseev, S.A., Petrov, V.V., “Energy relaxation ofhot excitons in InGaAs/GaAs quantum well"//Proceedings of the 22ndInternational Symposium “Nanostructures: Physics and Technology”, p117 (2015)Автор диссертации имеет еще две публикации в журнале Phys.
Rev. B,не относящиеся к теме диссертацииСодержание работыДиссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Вовведении обосновывается актуальность исследований, проводимых в рамкахданной диссертационной работы, сформулирована цель работы, задачи работы, приводится научная новизна и практическая значимость, положения выносимые на защиту и личный вклад автора, а также список публикаций авторапо теме диссертации и список докладов на конференциях и симпозиумах, накоторых автор работы докладывал результаты, относящиеся к работе.В первой главе представлен обзор литературы, посвященной экситонной динамике в объемных полупроводниках и гетероструктурах с квантовыми ямами.
В первой части главы детально рассмотрены основные физическиепроцессы, происходящие при нерезонансном оптическом возбуждении. Обсуждаются процессы экситон-фононного взаимодействия, приводящие к релаксации горячих носителей и образования экситонов, процессы захвата носителей вквантовые ямы и их выброс в барьер, процессы излучательной рекомбинацииэкситонов и электрон-дырочной плазмы. Во второй части главы приводитсяпростое теоретическое рассмотрение эффекта квантовых биений, а также история исследований и основные результаты известных в настоящее время исследований квантовых биений магнетоэкситонов и экситонов с легкой и тяжелойдырками. Поскольку квантовые биения являются сугубо когерентным эффектом, то он проявляется при резонансном оптическом возбуждении, при котороммогут происходить иные когерентные эффекты, например, четырех-волновое9смешивание.
В последнем параграфе представлены экспериментальные методыразделения эффектов квантовых биений и четырех-волнового смешивания. Наосновании анализа литературных данных формулируется цель работы.Во второй главе рассмотрены исследуемые гетероструктуры, метод ихизготовления и дизайн. Большинство представленных экспериментальных результатов получены на одном образце. Этот образец был отобран из серии выращенных образцов, сходных по качеству, в которых радиационное уширениеэкситона превосходит нерадиационное.
Для исследования был выбран образецP554, поскольку он содержит достаточно широкую квантовую яму шириной = 95 нм. Благодаря этому уровни размерного квантовая экситона в такойквантовой яме располагаются достаточно близко, но спектральные особенности, связанные с экситонными уровнями, остаются спектрально различимы.Большое число наблюдаемых экситонных резонансов позволило облегчить и,в некотором плане, продвинуть исследование. Также обсуждаются экспериментальные установки, использованные для проведения представленного в даннойработе исследования, а именно установки стационарной и импульсной спектроскопии.В третьей главе описаны оригинальные экспериментальные результаты, посвященные некогерентым процессам, происходящим при оптической накачке. В самом начале главы приводятся результаты оптической характеризации образца с прямоугольной квантовой ямой In0.02 Ga0.98 As/GaAs шириной = 95 нм. Анализ этих данных позволил сделать вывод о высочайшем качестве гетероструктуры и сформулировать количественный критерий качествагетероструктур.
Далее представлены зависимости спектров фотолюминесценции (ФЛ) от температуры и плотности оптической квазирезонансной накачки.Накачка производилась резонансно в 6-ое квантово-размерное экситонное состояние в квантовой яме. Это позволило непосредственно возбуждать экситоны вквантовой яме, тем самым исключив из рассмотрения процессы захвата носителей в квантовую яму, их термализацию, охлаждение и связывание в экситоны.При квазирезонансном возбуждении наблюдалась ФЛ с четырех нижайших размерно-квантованных экситонных состояний в квантовой яме. При увеличении температуры образца с 4 К до 30 К происходит затухание ФЛ (см.рисунок 1(a) и (б)), что удалось объяснить температурно активируемыми процессами диссоциации экситонов и выброса носителей из квантовой ямы.
Температурная зависимость ширин экситонных линий имеет весьма нетривиальныйхарактер. Из рисунке 1(в) видно, что при малых плотностях квазирезонанснойИнтенс. ФЛ (отн. ед.)0654 Сумм. ФЛX232X1X3, X4100.15δE (мэВ)X1P=10 мкВтТемпература (K)5 10 15 20 25 30(б) 80P=150 мкВт60Сумм.
ФЛX1X2(в)4020X3, X4(г)X10.100.150.1X2 , X3, X40.0500P=10 мкВт510 15 20 25 30 0Температура (K)X2 , X3, X45P=150 мкВт10 15 20 25 30Температура (K)δE (мэВ)Температура (K)5 10 15 20 25 30 0(a)Интенс. ФЛ (отн. ед.)100.050Рис. 1 — Температурные зависимости интегральной интенсивности ФЛ (а, б) иполуширин линий на полувысоте (в, г) для различных размерно-квантованныхэкситонных состояний, где – -ое экситонное состояние.
Мощностьнакачки = 10 мкВт для (a, в) и = 150 мкВт для (б, г). Сплошные кривыена (а) и (б) - аппроксимация кривой Аррениуса. Энергии активации для обоихмощностей накачки одинаковы: = 4.5 мэВ и = 16 мэВ.оптической накачки ( < 0.1 Вт/см−2 ) нет заметного изменения спектральныхширин экситонных линий в спектрах ФЛ.
Однако, при больших плотностяхмощности оптической накачки наблюдается немонотонная зависимость спектральных ширин линий от температуры, как это видно из рисунка 1(г). Спектральная ширина линий ФЛ растет при нагреве образца до 15 К, а затем падаетпри дальнейшем увеличении температуры.Для выяснения причин такого немонотонного поведения были проведеныкинетические эксперименты методами спектроскопии накачка-зондирование.При этом в эксперименте использовались спектрально широкие (∼ 15 нм) импульсы зондирования длительностью ∼ 100 фс, и спектрально узкие (∼ 0.5 нм)импульсы накачки длительностью ∼ 1.75 пс, полученные из спектрально широких импульсов спектральной селекцией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
