Висвітлено теоретичні засади дослідження оптичних властивостей масивних кристалів і низькорозмірних систем. Увагу приділено вивченню та порівнянню оптичної провідності у випадках одно- та двовимірних напівпровідникових наносистем і масивних напівпровідників.

Освещены теоретические основы исследования оптических свойств массивных кристаллов и низкоразмерных систем. Уделено внимание изучению и сравнению оптической проводимости в случаях одно- и двухмерных полупроводниковых наносистем и массивных полупроводников.

Індекс рубрикатора НБУВ: В371.236 в641.0 + В377.1 в641.0

Рубрики:

Електричні властивості твердих тіл

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Побудовано теорію еволюції електронного спектра від стаціонарного у тришаровій двоямній закритій сферичній квантовій точці (СКТ) за умов збільшення товщини зовнішнього шару-ями до фізичної безмежності до квазістаціонарного спектра, у простій відкритій СКТ. Показано, що за цього розподіл за енергіями ймовірностей знаходження електрона всередині тришарової закритої квантової точки має характер дискретної смуги, які за безмежної товщини зовнішнього шару-ями наближаються до резонансного рівня та півширини непреревної смуги квазістаціонарних станів простої відкритої СКТ. Побудовано теорію квазістаціонарних станів екситона та теорію електрон-фононної та екситон-фононної взаємодії. Показано, що невелике зміщення екситонного резонансного рівня головним чином формується кулонівською взаємодією електрона та дірки у внутрішньому шарі-ямі, зі збільшенням товщини бар'єра воно зростає за величиною. За методом функції Гріна показано, що довгохвильове зміщення резонансних рівнів електрона, дірки й екситона з рахунок взаємодії цих квазічастинок, з обмеженими поляризаційними фононами внутрішнього шару-ями тришарової закритої наносистеми має незначну величину, яка збільшується зі збільшенням товщини шару-бар'єра.

Індекс рубрикатора НБУВ: В379.21

Рубрики:

Квантування в напівпровідниках, квантові ями

Шифр НБУВ: Ж69219 Пошук видання у каталогах НБУВ 

У моделі ефективних мас і прямокутних потенціальних бар'єрів у симетричній трибар'єрній резонансно-тунельній структурі за допомогою методу функції розподілу досліджено еволюцію та розщеплення вироджених квазістаціонарних станів важкої та легкої дірки внаслідок зміни потужності зовнішніх бар'єрів. Показано, що еволюція резонансних енергій і ширин усіх квазістаціонарних станів важкої та легкої дірок є якісно однаковою. Розщеплення вироджених квазістаціонарних станів обох типів казічастинок відбувається в околі критичних значень товщин зовнішніх бар'єрів, що не перевищують половину товщини внутрішнього.

Індекс рубрикатора НБУВ: В377

Рубрики:

Електричні та магнітні властивості твердих тіл

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ 

У наближенні ефективних мас і прямокутних потенціалів розвинено теорію електроної динамічної провідності плоскої багатошарової резонансно-тунельної структури у постійному електричному полі в моделі відкритої наносистеми та сил осциляторів квантових переходів у моделі закритої наносистеми. На прикладі експериментально реалізованих квантових каскадних лазерів з три- та чотирибар'єрною активною зоною окремого каскаду показано, що саме теорія динамічної провідності у моделі відкритого каскаду найбільш адекватно описує процес випромінювання високочастотного електромагнітного поля під час проходження електронів крізь резонансно-тунельні структури у постійному електричному полі. Доведено, що вибрані геометричні параметри активних зон у перших експериментально створених квантових каскадних лазерах найбільш оптимальні, а експериментальні та теоретичні величини енергій випромінювання корелюють між собою з точністю до декількох відсотків.

У моделі ефективних мас і прямокутних потенціалів, враховуючи взаємодію між електронами, розвинено квантово-механічну теорію коефіцієнта прозорості, позитивної та від'ємної провідностей моноенергетичного пучка електронів крізь відкриту плоску несиметричну двобар'єрну резонансно-тунельну структуру (НДБРТС), яка може слугувати активним елементом квантового каскадного лазера чи квантового каскадного детектора. На прикладі НДБРТС встановлено властивості коефіцієнта прозорості та провідності наносистеми залежно від енергії електронів і частоти електромагнітного поля. Показано, як властивості активної провідності можна використовувати для експериментальної оцінки резонансних енергій і резонансних ширин електронних квазістаціонарних станів.

На базі моделі прямокутних потенціалів та ефективних мас електрона побудовано теорію спектральних параметрів квазістаціонарних станів і динамічної провідності відкритої трибар'єрної резонансно-тунельної системи, як активного елемента квантового каскадного лазера чи квантового каскадного детектора. Показано, що оптимальна робота трибар'єрної резонансно-тунельної структури досягається належним вибором її геометричної конфігурації, за рахунок розміщення внутрішнього бар'єра ближче до вхідного в такому положенні, яке визначається величиною енергії електромагнітного поля.

Зауважено, що у моделі прямокутних потенціалів та ефективних мас квазічастинок у відкритій сферичній квантовій точці (СКТ) та плоскій резонансно-тунельній структурі (РТС) побудовано теорію квазістаціонарних станів (КСС) та їх спектральних характеристик, визначених методами коефіцієнта прозорості, функції розподілу густини ймовірності та S-матриці. Установлено, що метод функції розподілу густини ймовірності універсальний, оскільки дозволяє визначити спектральні параметри КСС квазічастинок у наносистемі з довільними геометричними параметрами й у довільній області енергій. В одномодовому малосигнальному наближенні на основі нестаціонарної теорії збурень з напруженістю електричної складової електромагнітного поля, як малим параметром, побудовано теорію динамічної провідності багатошарової РТС з однаковими глибинами потенціальних ям, як каскаду квантових каскадних детекторів (ККД), а також РТС з різними глибинами потенціальних ям без постійних полів та з однаковими глибинами потенціальних ям у постійних поздовжньому електричному та поперечному магнітному полях, як квантових каскадів лазерів (ККЛ). Показано, що геометричні параметри каскадів експериментальних ККД і ККЛ є найбільш оптимальними, оскільки у необхідній області частот забезпечують максимальні величини динамічних провідностей за мінімальних часів життя електрона у робочих КСС. Побудовано теорію електронного транспорту крізь двобар'єрну резонансно-тунельну структуру (ДБРТС) в електромагнітному полі з урахуванням міжелектронної взаємодії. Показано, що ця взаємодія майже не впливає на максимальні величини коефіцієнта прозорості та динамічної провідності РТС, деформуючи їх форму від лоренцової до клиноподібної. На основі розкладу у ряд Фур’є точного аналітичного розв’язку повного одновимірного рівняння Шредінгера, яке описує тунелювання електронів крізь відкриту РТС у електромагнітному полі довільної напруженості та частоти, побудовано теорію фотон-супровідного електронного транспорту. Показано, що під дією потужного електромагнітного поля в РТС виникають основні, сателітні та змішані комплекси цих КСС, які зумовлюють виникнення нових специфічних каналів прозорості наносистеми з властивостями, сильно залежними від характеристик електромагнітного поля.

У наближенні ефективних мас та прямокутних потенціальних ям і бар'єрів для електрона на основі аналітично знайдених розв'язків повного рівняння Шредінгера розвинено теорію динамічної провідності трибар'єрної резонансно-тунельної наноструктури у слабкому електромагнітному полі з урахуванням двофотонних електронних переходів з різними частотами. Показано, що вклад двофотонних електронних переходів з випромінюванням електромагнітних хвиль у загальну величину динамічної провідності в оптимальних конфігураціях трибар'єрної наноструктури може досягати 40 %.

Індекс рубрикатора НБУВ: В371.236 в641 + В379.271.2 в641

Рубрики:

Електропровідність

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розвинено теорію стаціонарного спектра та хвильових функцій електрона в плоскій багатошаровій резонансно-тунельній структурі (РТС) в постійному електричному полі як моделі активної зони квантового каскадного лазера. Для цієї ж наноструктури в моделі діелектричного континууму розвинено теорію спектра обмежених оптичних фононів. Із використанням знайдених хвильових функцій електрона та потенціалів поляризації фононів розвинено теорію взаємодії електронів з обмеженими фононами у багатошаровій наноструктурі. Одержано гамільтоніан електрон-фононної взаємодії у представленні вторинного квантування. Для експериментально створеної РТС виконано розрахунок електронного та фононного спектрів, а також потенціалу поляризації обмежених фононів. Виконано розрахунки парціальних зсувів для перенормованого взаємодією з обмеженими фононами електронного спектра. Результати розрахунків електронного спектра добре корелюють з експериментом.

У наближенні ефективних мас і прямокутних потенціальних ям і бар'єрів для електрона, з використанням знайдених розв'язків повного рівняння Шредінгера, розвинено теорію активної динамічної провідності трибар'єрної резонансно-тунельної структури (InGaAs/InAlAs) з різними глибинами потенціальних ям у слабкому електромагнітному полі в одно- та двофотонному наближенні. Показано, що зміною концентрації Ga можна одержати такі геометричні конфігурації наноструктури, як активної зони квантового каскадного лазера, в яких на базі електронних квантових переходів з випромінюванням двох фотонів однакової енергії відбувається зростання інтенсивності лазерного випромінювання. Встановлено, що вклад двофотонних переходів у сумарну величину динамічної провідності складає не менше ніж 37 %.

У моделі прямокутного потенціального профілю та ефективної маси електрона і в моделі діелектричного континууму для інтерфейсних фононів одержано гамільтоніан електрон-фононної системи у двоямній резонансно-тунельній структурі у постійному електричному полі. Ця система відіграє роль окремого каскаду безінжекторного квантового каскадного лазера. За допомогою методу температурних функцій Гріна розраховано перенормування параметрів електронного спектра за довільної температури та показано, що, відповідно до експерименту смуга лазерного випромінювання зазнає розширення, але слабо зміщується зі збільшенням температури.

Висвітлено сучасні теоретичні методи досліджень квазічастинок (електронів, дірок, екситонів) та їх взаємодію з фононами у 3d і низькорозмірних наногетеросистемах (квантових точках, дротах і плівках). Розглянуто основні підходи та математичний апарат (рівняння Шредінгера, методи S-матриці й трансфер-матриці, діаграмної техніки Фейнмана у методі функцій Гріна) для розрахунку перенормованих взаємодіями спектральних параметрів квазічастинок у 3d, закритих і відкритих наногетеросистемах (0-, 1-, 2-вимірних). Наведено основні положення теорії динамічної провідності багатошаровими відкритими плоскими резонансно-тунельними структурами, як складовими елементами квантових каскадних детекторів.

Для резонансно-тунельної структури з GaN-потенціальними ямами та AlN-потенціальними бар'єрами виконано розрахунок внутрішніх полів, спричинених виникаючими у наноструктурі п'єзоелектричною та спонтанною поляризаціями. У моделі ефективних мас для електрона та моделі діелектричного континууму з використанням методу скінченних різниць знайдено самоузгоджені розв'язки системи рівнянь Шредінгера та Пуассона з урахуванням внеску п'єзоелектричної та спонтанної поляризацій. На основі знайдених розв'язків системи рівнянь Шредінгера та Пуассона для резонансно-тунельної структури, що слугувала каскадом експериментально реалізованого квантового каскадного детектора, виконано розрахунок її потенціального профілю та електронного енергетичного спектру. Встановлено, що розрахована величина детектованої енергії відрізняється від експериментально отриманої не більше ніж на 3 %.

На основі моделі діелектричного континуума Лоудона розвинено теорію фононного спектра одно- і тришарових анізотропних наносистем вюрцитного типу з дво- і трикомпонентними сполуками. Розраховано і проаналізовано енергетичні спектри обмежених інтерфейсних, напівобмежених та поширювальних фононів. Показано, що специфічні властивості фононного спектра тришарової наносистеми є результатом своєрідної суперпозиції фононних спектрів двокомпонентної і трикомпонентної підсистем.

За допомогою методу діаграмної техніки Фейнмана - Пайнса розраховано та досліджено перенормований взаємодією з поляризаційними фононами спектр двохрівневих локалізованих квазічастинок за кріогенної температури. Показано, що зі зміною енергетичної відстані між обома початковими станами квазічастинки у системі виникають гібридні стани зі складним спектром енергій, який містить дві серії рівнів, зумовлених взаємодією з фононами. Встановлено, що у спектрах тих систем, де різниця енергій між початковими станами квазічастинки кратна енергії фонона, виникають антикросинги між сусідніми гібридними і основним високоенергетичним станами.

Індекс рубрикатора НБУВ: В371.21 + В374

Рубрики:

Наноструктури

Оптичні властивості твердих тіл. Оптичні властивості кристалів (кристалооптика)

Шифр НБУВ: Ж100357 Пошук видання у каталогах НБУВ