WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

При изучении спин-зависящих явлений в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах одним из наиболее информативных и глубоко разработанных методов является метод оптической ориентации спинов [21]. Две конкретные методики этого общего метода применены в Главе 5 для изучения соответственно изотропного и анизотропного обменного взаимодействий в наноструктурах А2В6. При этом обе рассмотренные в Главе ситуации характеризуются тем обстоятельством, что обменное взаимодействие (в одном случае изотропное, в другом – анизотропное) является, в некотором смысле, сильным. По сравнению с полупроводниками семейства А3В5, для полупроводников А2В6 в целом характерно более сильное электрон-дырочное обменное взаимодействие, и представляется не случайным, что рассмотренные режимы «сильного» обмена реализованы именно в наноструктурах А2В6.

Усилению обменного взаимодействия способствует также конфайнмент электронных и дырочных состояний в наноструктурах.

В разделе 5.1 исследовано влияние сильного изотропного обменного взаимодействия на деполяризацию фотолюминесценции в условиях оптической ориентации. Теоретически проанализирована динамика спина экситона в КЯ под действием магнитного поля, приложенного в плоскости КЯ. Рассмотрены деполяризация экситонной люминесценции в режиме стационарного возбуждения (эффект Ханле) и динамика сигналов интенсивности и поляризации излучения при импульсном возбуждении. В обоих случаях найдено аналитическое решение для произвольного соотношения между временем спиновой релаксации дырки и временами жизни (радиационным и нерадиационным). В рамках рассмотренной модели получено, что существенную часть эффекта Ханле составляет лоренцевский контур [Д11]:

1- Ph = Ph + ; (3) 1+ Ph-1b2F(b) здесь Ph = Tsh / – средняя спиновая поляризация дырок (Tsh и – время жизни спина дырки и время жизни экситона соответственно), b = B / Bex, функцию F(b) при коротких временах спиновой релаксации дырки Tsh << можно считать единицей. Это означает, что вследствие спиновой релаксации дырки возможно заметное сужение контура деполяризации по сравнению с величиной обменного поля дырки на электроне Bex = 0 / µB ge (здесь 0 – величина изотропного обменного расщепления в экситоне).

Выводы теории были подтверждены экспериментальными результатами Астахова и Кусраева по деполяризации экситонной люминесценции в КЯ CdTe/(Cd,Mg)Te [Д10]. Экспериментальное изучение оптической ориентации на экситонной и трионной линиях люминесценции в совокупности с результатами по антипересечению экситонных уровней в той же КЯ позволило независимо определить параметры ( Ph и Bex ), фигурирующие в теории.

Рассчитанная без подгоночных параметров ширина контура эффекта Ханле оказалась в неплохом согласии с экспериментально измеренной шириной.

В подразделе 5.1.4 развитая модель была также применена для расчета, соответствующего режиму импульсной генерации экситонов. В этом случае получаются следующие результаты. Сигнал интенсивности люминесценции имеет два характерных времени спада, а динамика поляризации сильно зависит от величины приложенного магнитного поля. В частности, в слабых внешних полях затухание поляризации усиливается квадратично по полю; это соответствует результату, полученному Дьяконовым и др. [22]. Кроме того, в данном подразделе указан путь обобщения развитого нами подхода на случай обменного взаимодействия произвольной силы. Хотя такое обобщение выходит за рамки объявленного содержания Главы, оно иллюстрирует продуктивность подхода. В частности, нами получены выражения для эффекта Ханле при произвольных характерных временах и произвольной величине обменного взаимодействия. Воспроизводятся результаты расчета спиновых квантовых биений экситона [22].

В разделе 5.2 теоретически и экспериментально исследовались межполяризационные конверсии в ансамбле анизотропных квантовых точек.

Все возможные виды поляризационного отклика КТ CdSe/ZnSe были измерены в зависимости от величины приложенного продольного магнитного поля и от ориентации образца [Д15]. В нулевом поле впервые наблюдалась 90-градусная анизотропия поляризационных откликов LL и LL' («качания оптического выстраивания»), но отсутствовали конверсии LC и CL, обнаруженные в КТ CdSe/ZnSe Астаховым и др. [23] в несколько иных условиях.

Совокупность экспериментальных данных проанализирована нами на основе двух моделей спиновой эволюции экситона: рассматривавшейся ранее одноступенчатой и более реалистической двухступенчатой. Методом псевдоспина [24] для обеих моделей впервые получены в аналитическом виде выражения всех поляризационных откликов как функций величины приложенного магнитного поля и ориентации осей кристалла. Найдено, что, хотя одноступенчатая модель формально способна описать большую часть результатов (рис.8), при этом требуется придавать ее параметрам значения, плохо согласующиеся с результатами других авторов. Кроме того, одноступенчатая модель предсказывает наличие конверсий LC и CL в нулевом поле, в противоречии с результатами эксперимента. Всех этих трудностей не возникает в двухступенчатой модели, которую мы на этом основании считаем Рис.8. Зависимости различных форм поляризационного отклика образца с КТ CdSe/ZnSe в нулевом внешнем поле от угла поворота образца по отношению к направлению L (части a-c). Точки – эксперимент, кривые – расчет. Сплошные кривые – двухступенчатая модель, штриховые – одноступенчатая модель эффекта поляризационных конверсий. На части (d) – угловая зависимость «встроенной поляризации» при возбуждении неполяризованным светом.

адекватной ситуации, реализующейся в эксперименте. Хотя нам не удалось строго определить величину анизотропного обменного расщепления экситона в короткоживущем возбужденном состоянии (модельный расчет толерантен по отношению к выбору этой величины), вероятнее всего это расщепление в несколько раз больше, чем в основном состоянии. Время жизни возбужденного экситонного состояния, вовлеченного в эффекты конверсии, находится в диапазоне десятых долей пикосекунды.

Чтобы описать набор экспериментальных данных в рамках любой из двух моделей (двухступенчатой или одноступенчатой), необходимо было ввести в рассмотрение распределение ансамбля КТ по направлениям осей удлинения.

Реконструированное нами из сравнения результатов эксперимента и расчета угловое распределение (рис.9) характеризуется предпочтительной ориентацией осей КТ вдоль направлений типа {110}, а также преимущественностью направления [110] перед направлением [1 1 0].

Рис.9. Реконструированное по данным эксперимента распределение удлинений КТ (001)-CdSe/ZnSe в плоскости слоя.

Заключение Основные результаты диссертационной работы, определяющие ее научную новизну, можно кратко сформулировать следующим образом.

1. Обнаружено, что излучение одиночного триона в самоорганизованной квантовой точке частично линейно поляризовано, причем преимущественное направление колебаний электрического вектора излучаемого света индивидуально для данной квантовой точки.

2. Установлена природа квартетного расщепления линии одиночного триона в самоорганизованной квантовой точке в магнитном поле, направленном вдоль слоя наногетероструктуры. Найдена корреляция между степенью линейной поляризации излучения данной квантовой точки в нулевом поле и величиной поперечного g-фактора дырки в этой квантовой точке.

3. Идентифицированы механизмы и симметрийные свойства основных вкладов в магнитоиндуцированную линейную поляризацию квантовых ям на основе полупроводников A2B6.

4. Экспериментально установлены и объяснены различия механизмов резонансного спин-флип комбинационного рассеяния света квантовой ямой для случаев, когда процесс рассеяния происходит через экситонное или через трионное состояние. Обнаружена анизотропия интенсивности спинфлип комбинационного рассеяния в квантовых ямах CdTe/(Cd,Mn)Te и выявлены два фактора, контролирующие эту анизотропию для различных процессов рассеяния.

5. В квантовых ямах CdTe/(Cd,Mn)Te обнаружена линия спин-флип комбинационного рассеяния, соответствующая комбинированному процессу с переворотом спинов s-электрона в квантовой яме и d-электрона на ионе марганца. Значительная вероятность комбинированного процесса, его резонансные и поляризационные свойства предсказаны на основе анализа механизмов односпиновых процессов спин-флип.

6. Обнаружен и объяснен эффект изменения интенсивности спин-флип комбинационного рассеяния света квантовой ямой при дополнительном освещении образца светом с большой энергией квантов.

7. Теоретически проанализирован экситонный эффект Ханле в квантовой яме при сильном изотропном обменном взаимодействии между электроном и дыркой. (Предсказания теории подтверждены экспериментами Астахова и Кусраева.) 8. Обнаружена 90-градусная анизотропия величины и направления оптического выстраивания спинов экситонов в ансамбле самоорганизованных квантовых точек. В рамках двухступенчатой модели эффекта межполяризационных конверсий получены выражения, описывающие полевые и угловые зависимости всех форм поляризационного отклика квантовых точек. Реконструирована функция распределения ансамбля квантовых точек CdSe/ZnSe по направлениям удлинения в плоскости слоя.

9. Показано, что в низкотемпературных оптических экспериментах на квантовых ямах (Cd,Mn)Te/(Cd,Mg,Mn)Te нагрев системы спинов марганца под лучом происходит вместе с нагревом кристаллической решетки, а локальная спиновая температура T как функция плостности оптического возбуждения G следует закону T (G + const)1/ 4.

Основные публикации по теме диссертации [Д1] Yu.G. Kusrayev, A.V. Koudinov, D. Wolverson, J. Kossut. Anisotropy of SpinFlip Raman Scattering in CdTe/CdMnTe Quantum Wells. // Phys. Stat. Solidi (b) 229, 741-744 (2002).

[Д2] A.V. Koudinov, Yu.G. Kusrayev, B.P. Zakharchenya, D. Wolverson, J.J. Davies, J. Kossut. Pauli blockade in spin-flip Raman scattering via donor bound excitons. // Proc. SPIE 5023, 542-545 (2002).

[Д3] A.V. Koudinov, Yu.G. Kusrayev, B.P. Zakharchenya, D. Wolverson, J.J. Davies, T. Wojtowicz, G. Karczewski, J. Kossut. Spin-flip Raman scattering in semi-magnetic quantum wells with in-plain anisotropy: Analysis of the intermediate states. // Phys. Rev. B 67, 115304/1-13 (2003).

[Д4] A.V. Koudinov, Yu.G. Kusrayev, I.G. Aksyanov. Light-induced heating effects in semimagnetic quantum wells. // Phys. Rev. B 68, 085315/1-4 (2003).

[Д5] A.V. Koudinov, I.A. Akimov, Yu.G. Kusrayev, F. Henneberger. Optical and magnetic anisotropies of the hole states in Stranski-Krastanov quantum dots. // Phys. Rev. B 70, 241305(R)/1-4 (2004).

[Д6] N.S. Averkiev, A.V. Koudinov, Yu.G. Kusrayev, D. Wolverson, G. Karczewski, T. Wojtowicz. Linearly polarized emission of the quantum wells subject to an inplane magnetic field. // Proc. 13th Int. Symposium “Nanostructures: Physics and Technology”, St.-Petersburg, 2005. Ioffe Institute, 2005, p.49.

[Д7] I.S. Gagis, K.V. Kavokin, A.V. Koudinov. Excitonic Hanle effect in nanostructures with strong exchange interaction. Proc. 13th Int. Symposium “Nanostructures: Physics and Technology”, St.-Petersburg, 2005. Ioffe Institute, 2005, p.350-351.

[Д8] Yu.G. Kusrayev, A.V. Koudinov, B.P. Zakharchenya, S. Lee, J.K. Furdyna, M. Dobrowolska. Optical orientation and alignment of excitons in selfassembled CdSe/ZnSe quantum dots: The role of excited states. // Phys. Rev. B 72, 155301/1-9 (2005).

[Д9] A.V. Koudinov, N.S. Averkiev, Yu.G. Kusrayev, B.R. Namozov, B.P. Zakharchenya D. Wolverson, J.J. Davies, T. Wojtowicz, G. Karczewski, J. Kossut. Linear polarization of the photoluminescence of quantum wells subject to in-plane magnetic fields. // Phys. Rev. B 74, 195338/1-14 (2006).

[Д10] G.V. Astakhov, A.V. Koudinov, K.V. Kavokin, I.S. Gagis, Yu.G. Kusrayev, W. Ossau, L.W. Molenkamp. Exciton Spin Decay Modified by Strong ElectronHole Exchange Interaction. // Phys. Rev. Lett. 99, 016601/1-4 (2007).

[Д11] И.С. Гагис, К.В. Кавокин, А.В. Кудинов. Динамика спиновой поляризации и эффект Ханле при сильном обменном взаимодействии в экситоне. // ФТТ 49, 1298-1303 (2007).

[Д12] A.V. Koudinov, Yu.G. Kusrayev, L.C. Smith, J.J. Davies, D. Wolverson, G.

Karczewski, T. Wojtowicz. Modulation of quantum well optical properties by illumination above the barrier bandgap. XIII Int. Conf. on II-VI Semiconductors, Cheju, Korea, September 2007. Abstracts, p.457. Proceedings (4 pages): in J. Korean Phys. Soc., in press (2008).

[Д13] Yu.G. Kusrayev, A.V. Koudinov, N.S. Averkiev, D. Wolverson, J.J. Davies, G. Karczewski, T. Wojtowicz. Linearly polarized emission of quantum wells subject to an in-plane magnetic field. XIII Int. Conf. on II-VI Semiconductors, Cheju, Korea, September 2007. Abstracts, p.85. Proceedings (4 pages): in J.

Korean Phys. Soc., in press (2008).

[Д14] Н.С. Аверкиев, А.В. Кудинов, Б.Р. Намозов, Ю.Г. Кусраев.

Спектроскопия поляризованной люминесценции наноструктур. // Изв.

РАН. Сер. физ. 72, 232-235 (2008).

[Д15] A.V. Koudinov, B.R. Namozov, Yu.G. Kusrayev, S. Lee, M. Dobrowolska, J.K. Furdyna. Two-step versus one-step model of the interpolarization conversion and statistics of CdSe/ZnSe quantum dot elongations. // Phys. Rev. B 78, in press (2008).

Список цитированной литературы [1] А.В. Кудинов. Спектроскопия поляризованной люминесценции полумагнитных полупроводников CdMnTe и квантовых ям CdTe/CdMnTe.

Дисс. … канд. физ.-мат наук, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, СПб, 1996. 119 с.

[2] Yu.G. Kusrayev, A.V. Koudinov. Magnetic Field Induced Polarization of Luminescence in Paramagnetic and Spin Glass Phases of CdMnTe. // phys. stat.

solidi (b) 190, 315-320 (1995).

[3] A. Hundt, J. Puls, A.V. Akimov, Y.H. Fan, F. Henneberger. Photocarrier-induced spin heating and spin-lattice relaxation in diluted magnetic Stranski-Krastanov quantum dots. // Phys. Rev. B 72, 033304 (2005).

[4] M.K. Kneip, D.R. Yakovlev, M. Bayer, A.A. Maksimov, I.I. Tartakovskii, D. Keller, W. Ossau, L.W. Molenkamp, A. Waag. Direct energy transfer from photocarriers to Mn-ion system in II-VI diluted-magnetic-semiconductor quantum wells. // Phys. Rev. B 73, 035306 (2006).

[5] T. Schmidt, M. Scheibner, L. Worschech, A. Forchel, T. Slobodskyy, L.W. Molenkamp. Sign reversal and light controlled tuning of circular polarization in semimagnetic CdMnSe quantum dots. // J. Appl. Phys. 100, 123109 (2006).

[6] Yu.G. Kusrayev, A.V. Koudinov, I.G. Aksyanov, B.P. Zakharchenya, T. Wojtowicz, G. Karczewski, J. Kossut. Extreme In-Plane Anisotropy of HeavyHole g Factor in (001)-CdTe/CdMnTe Quantum Wells. // Phys. Rev. Lett. 82, 3176-3179 (1999).

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»