Исследования оптических и транспортных свойств туннельно-связанных наноструктур

Цель НИР: теоретические и экспериментальные исследования эффектов влияния внешнего электрического поля и диссипативного туннелирования на оптические свойства квазинульмерных структур с примесными комплексами, а также экспериментальные исследования влияния модификации приповерхностных слоёв и роли фононной подсистемы на генерацию терагерцового излучения в кристаллических средах. Объектами исследования являются: квантовая точка с примесным комплексом , который представляет собой нейтральный акцептор с локализованной на нем дыркой, взаимодействующей с электроном, находящимся в основном состоянии квантовой точки при наличии туннельного распада А+- состояния во внешнем электрическом поле; система «АСМ зонд – наночастица Co в плёнке HfO2/Co»; выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах дополнительные слои арсенида галлия, модифицированные за счет легирования кремнием или послеростового отжига. Методы исследования: Теоретические методы: - метод потенциала нулевого радиуса, - метод инстантонов, - метод теории возмущений, - адиабатическое приближение. Методы экспериментального исследования: - метод токопроводящей атомной силовой микроскопии; - для получения широкополосного импульсного ТГц излучения использованы эффекты преобразования фемтосекундного излучения ближнего инфракрасного диапазона при его взаимодействии с выращенным методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах арсенидом галлия (LT-GaAs); - для получения узкополосного непрерывного ТГц излучения использовались кристаллические структуры с низкой симметрией – органические кристаллы. Основные полученные результаты: 1) Показано, что на полевой зависимости фотодиэлектрического эффекта при определенном значении напряженности внешнего электрического поля и параметров 2D – диссипативного туннелирования появляется характерный излом, связанный с эффектом 2D – бифуркации, когда под действием электрического поля двухъямный осцилляторный потенциал, моделирующий систему «КТ – окружающая матрица», трансформируется и режим туннельного переноса меняется с синхронного на асинхронный. Установлено, что на кривых фотодиэлектрического эффекта в окрестности точки 2D – бифуркации имеются нерегулярные осцилляции, связанные с режимом квантовых биений. 2) Показано, что полевая зависимость энергии связи квазистационарного А+ - состояния имеет осциллирующий характер, связанный с квантовыми биениями, которые возникают при параллельном 2D – туннельном переносе. Найдено, что кривые спектральной интенсивности рекомбинационного излучения имеют характерный излом, соответствующий точке 2D – бифуркации, возникающей при смене режимов туннелирования в взаимодействующей паре КТ с синхронного на асинхронный. 3) Найдено, что амплитуда осцилляций тока в системе «АСМ зонд – наночастица Co в плёнке HfO2/Co” слабо нелинейно падает с ростом температуры. Установлено качественное согласие экспериментальной и теоретической температурных зависимостей, что подтверждает вывод о том, что наблюдаемые экспериментально особенности ВАХ связаны с эффектом макроскопического квантового туннелирования с диссипацией. 4) Проведена оптимизация параметров источника импульсного ТГц излучения, а также исследована эффективность генерации ТГц излучения в полупроводниковых структурах GaAs различной ориентации. Показано, что в результате большого количества дефектов в полученных структурах существенно сокращается время жизни носителей заряда, что важно для использования данных материалов в качестве источников импульсного ТГц излучения с оптической накачкой. 5) Установлено, что дисперсионные свойства органических кристаллов в совокупности с использованием фононного механизма усиления их нелинейной восприимчивости второго порядка позволяют получать в условиях фазового синхронизма высокие эффективности генерации узкополосного ТГц излучения. Практическая значимость полученных результатов: - теоретически исследованный фотодиэлектрический эффект на длине волны λ=6,2 мкм в КТ с примесным комплексом при наличии взаимодействия с окружающей матрицей посредством 2D – диссипативного туннелирования дырки, локализованной на А+- центре, может быть использован в фотосенсорных приложениях, например, в качестве сенсора, структурный компонент которого может обнаруживать присутствие ИК – излучения за счет изменения электрической ёмкости; - теоретически исследованный механизм управления рекомбинационным излучением, связанный с эффектом электростатического расталкивания и диссипативным 2D – туннелированием в паре взаимодействующих квантовых точек во внешнем электрическом поле может быть использован для разработки новых источников ИК - и ТГц - излучения; - теоретически исследованные квазинульмерные структуры с центрами во внешнем электрическом поле могут быть использованы для создания детекторов ИК и терагерцового диапазона с управляемыми характеристиками; - экспериментальные результаты проведенных ТГц исследований могут лечь в основу разработки источников и преобразователей терагерцового/ ИК излучения для применения в широком круге задач ТГц фотоники.