Автореферат (1149959)

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

Текст из файла

На правах рукописиМихайлов Андрей ВалерьевичОПТИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА ПРЯМЫХ ИНЕПРЯМЫХ ЭКСИТОНОВ ВПОЛУПРОВОДНИКОВЫХГЕТЕРОСТРУКТУРАХСпециальность 01.04.10 —«Физика полупроводников»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2016Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научныйруководитель:Игнатьев Иван Владимирович, д. ф.-м. н., доцент, кафедра физики твердого тела федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшегообразования «Санкт-Петербургский государственный университет», профессорОфициальныеоппоненты:Шубина Татьяна Васильевна,д. ф.-м.

н., лаборатория квантоворазмерных гетероструктур центра физики наногетероструктур Физикотехнического института им. А.Ф. Иоффе РАН, главныйнаучный сотрудникАлоджанц Александр Павлович,д. ф.-м. н., кафедра физики и прикладной математикиВладимирского государственного университета, главныйнаучный сотрудникВедущаяорганизация:Сколковский институт науки и технологий, г. МоскваЗащита состоится «9» февраля 2017 г. вчасов на заседании диссертационного совета Д 212.232.33 на базе федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет» по адресу: 198504, г.

Санкт-Петербург, ул. Ульяновская, д. 1.Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу:198504, г. Санкт-Петербург, ул. Ульяновская, д. 1, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.232.33 А. М. Поляничко.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9 и по адресу:https://disser.spbu.ru/.Автореферат разослан «»Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.232.33,д. ф.-м. н.года.Поляничко А.

М.3Общая характеристика работыАктуальность темы. Оптические исследования экситонов в полупроводниковых гетероструктурах вызывают интерес как с точки зрения фундаментальных свойств, так и с точки зрения различных прикладных применений. Интенсивное развитие технологии изготовления полупроводниковых систем, в первую очередь, технологии молекулярной пучковой эпитаксии, привело к созданию структур с ограниченной размерностью: квантовых ям, квантовых точек и других.

Фундаментальные физические свойства таких структуррадикально отличаются от свойств объемных материалов. Важным технологическим и научным направлением является создание и исследование гетероструктур с микрорезонаторами, в которых происходит значительное, в десяткии сотни раз, усиление взаимодействия света с электронами и экситонами в резонаторном промежутке. Сильная связь экситонов с резонаторной фотонноймодой приводит к образованию смешанных свето-материальных квазичастиц— поляритонов. Существенно, что в микрорезонаторе многократно усиливаются магнито-оптические эффекты Керра и Фарадея.

Таким образом, становитсявозможно очень быстро, за несколько пикосекунд, изменять поляризацию отраженного или проходящего света, используя световой импульс.Спиновые состояния поляритонов рассматриваются в настоящее времякак основа для реализации квантовых вычислений. Предполагается, что в оптимальных условиях регистрация этих эффектов в микрорезонаторе позволит фиксировать когерентную спиновую динамику единичного электрона, чтокрайне важно для такого рода применений. С использованием оптического микрорезонатора с высокой добротностью уже были обнаружены такие эффекты,как керровское вращение при поляризации спина одного электрона в квантовойточке и керровское вращение на ядерных спинах.Малое время жизни поляритонов, обусловленное высокой вероятностьюрадиационного распада прямых экситонов, способствует повышению скоростиквантовых вычислений, но препятствует долговременному хранению информации.

Увеличения времени жизни, требуемого для реализации квантовой памяти, возможно добиться использованием непрямых экситонов, сформированныхпространственно разделенными электроном и дыркой. Такие экситоны характеризуются значительно большими временами спиновой когерентности. Высокаячувствительность магнито-оптических методик открывает возможность детального исследования спиновой динамики непрямых экситонов, характеризуемых4гораздо более слабым, по сравнению с прямыми экситонами, взаимодействиемсо светом.Целью данной работы являлись магнито-оптические исследования спиновой динамики в полупроводниковых гетероструктурах с одиночными и двойными квантовыми ямами, определение динамических характеристик спиновыхсостояний в исследуемых системах, возможных способов управления экситонным спином и оптимизация условий, при которых наблюдаются максимальные времена спиновой когерентности, углы керровского вращения и другие эффекты.

Прямые экситоны изучены в гетероструктурах с микрорезонаторами.Непрямые экситоны — в гетероструктурах с двойными квантовыми ямами. Основным методом исследования является метод накачки-зондирования, в томчисле с детектированием поляризации отраженного света. Для прямых экситонов изучена динамика всех компонент вектора Стокса, характеризующего поляризацию детектируемого излучения. Для непрямых экситонов изучено вращение плоскости поляризации отраженного света — время-разрешенный эффектКерра.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:1. Созданиеэкспериментальныхустановокдляреализацииполяризационно-чувствительного метода накачки-зондирования.2. Проведение экспериментов по исследованию поляризационной динамики прямых экситон-поляритонов в гетероструктуре с микрорезонатором.3.

Проведение экспериментов по исследованию динамики непрямых экситонов в структурах с двойными квантовыми ямами в присутствииэлектрического и магнитного полей.4. Построение физических моделей динамики прямых и непрямых экситонов и интерпретация экспериментально наблюдаемых явлений, втом числе, определение характерных времен жизни и времен спиновойрелаксации экситонов.5. Определение экспериментальных условий и дизайна гетероструктурыс микрорезонатором для получения максимального угла керровскоговращения.Основные положения, выносимые на защиту:51.

Экспериментально реализуемые значения углов фотоиндуцированного керровского вращения для гетероструктур с квантовой ямой GaAsв микрорезонаторе могут достигать /2.2. Условия, обеспечивающие максимальное керровское вращение, представляют собой баланс между условиями, при которых фотоиндуцированные экситонные эффекты максимальны, а поглощение оптимально для достижения режима согласования импеданса.3. В образцах с двойными квантовыми ямами магнитный квантоворазмерный эффект Штарка приводит к смешиванию прямых и непрямых экситонов и увеличению времени спиновой релаксации экситонов.4.

Приложение электрического поля вдоль оси роста структуры с двойными квантовыми ямами и магнитного поля в плоскости этой структуры ведет к подавлению спиновой когерентности. Этот эффект связан с неоднородным уширением экситонного резонанса.Научная новизна:1. Впервые экспериментально продемонстрированы углы фотоиндуцированного керровского вращения вплоть до /2 для квантовой ямы вмикрорезонаторе.2.

Впервые систематически исследованы факторы, влияющие на величину керровского вращения в микрорезонаторах с квантовыми ямами.3. Впервые продемонстрировано немонотонное поведение времени спиновой релаксации экситонов в двойных квантовых ямах при увеличении внешнего магнитного поля в плоскости образца.4. Впервые показано, что приложение магнитного поля в плоскостиструктуры с двойными квантовыми ямами, в присутствии электрического поля вдоль ее оси, ведет к эффективной дефазировке спиновнепрямых экситонов.Научная и практическая значимость.

Научная значимость работызаключается в наблюдении близких к теоретическому пределу значений угла керровского вращения для квантовых ям в микрорезонаторах, а также внаблюдении общей динамики поляризации отраженного света после фотовозбуждения образца.

Проведенный теоретический анализ позволил лучше понятьпроцессы оптической спиновой поляризации и деполяризации в таких системахи сформулировать рекомендации для создания образцов, для которых можнонаблюдать рекордные значения углов керровского вращения при оптическомвозбуждении. Изучена динамика спиновой когерентности экситонов в двойной6квантовой яме в зависимости от магнитного поля в плоскости образца и перпендикулярного электрического поля.

В работе показано влияние соотношенияэнергий прямых и непрямых экситонов на их спиновую поляризацию и действиемагнитного квантово-размерного эффекта Штарка на время спиновой релаксации экситонов. Показано, что разброс значений g-фактора экситонов в двойныхквантовых ямах играет определяющую роль в дефазировке прецессии спиновнепрямых экситонов в магнитном поле.Практическая значимость работы заключается в том, что керровскоевращение в микрорезонаторах с квантовыми ямами потенциально может бытьиспользовано для создания быстродействующих оптических переключателей.В работе продемонстрировано, что оптимизация условий регистрации магнитооптических эффектов в микрорезонаторе позволяет изучать когерентную спиновую динамику электронов в малых объемах вещества с большим соотношением сигнал/шум, что крайне важно для квантовых вычислений.

В образцах сдвойными квантовыми ямами возможность контроля времени спиновой релаксации экситонов с помощью магнитного поля может быть полезна для разработки спиновых оптоэлектронных приборов.Достоверность полученных результатов обеспечивается их согласованием между собой и с теоретическими моделями, воспроизводимостью, использованием в работе современного оборудования и высококачественных образцов,экспериментальной методикой накачки-зондирования, хорошо апробированнойи широко используемой в современных исследованиях.

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