Полупроводники

Многозонная резонансная спектрометрия неупругого электронного рассеяния света и проявление сильного спин-орбитального взаимодействия в наноструктурах с квантовыми точками

В. В. Топоров, Б. Х. Байрамов

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия

Аннотация: Созданы высокочувствительные методы спектрометрии неупругого рассеяния света для детектирования отдельных фотонов в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра (0.4–1.35) $\mu$m. Выполнены прецизионные оптические измерения колебательных и электронных состояний наноструктур с квантовыми объектами, на примере квантово-размерных наногетероструктур (311)В $si$-GaAs/InAs с квантовыми точками InAs. Отличительной привлекательной особенностью таких структур с вырожденной валентной зоной симметрии $\Gamma_8$ является наличие сильного спин-орбитального взаимодействия. При этом собственный момент дырок может эффективно взаимодействовать с электрическим полем падающей световой волны. Обнаружено, что такое взаимодействие вызывает интенсивную люминесценцию и неупругое рассеяние световой волны в ИК-области спектра 0.9–1.35 $\mu$m. В условиях резонансного возбуждения выявлена эффективная генерация неравновесной электрон-дырочной $(e-h)$ плазмы c концентрациями $n$ = $p$ = 1.0 $\cdot$ 10$^{17}$ cm$^{-3}$ и $T_e$ = $T_h$ = 25 K, в то время как температура решетки $T_L$ = 5.1 K. Обнаружены новые механизмы формирования аномально интенсивного интеграционного спектра мультиплексного неупругого рассеяния света довольно сложной формы, образуемой различными разделяемыми резонансными вкладами процессов квазиупругого рассеяния носителями заряда, рассеяния света акустическими плазмонами электрон-дырочной плазмы, а также неупругого внутри- и междуподзонного рассеяния света тяжелыми дырками. Установлено, что аномальное усиление интенсивности такого многозонного селективного резонансного рассеяния света более чем в 10$^5$ раз превышает интенсивность томсоновского рассеяния света на отдельных носителях заряда. Наблюдается согласие между оценочным расчетным и экспериментальным спектрами, причем большей частью для сложно интерпретируемой значительной ширины наблюдаемой линии рассеяния света. Показано, что новые механизмы различных вкладов образования рассеянного излучения фотонов являются важными диагностическими элементами, отчетливо проявляющимися в спектрах результирующего усиленного неупругого рассеяния света.

Ключевые слова: наноструктуры, квантовые объекты, резонансное рассеяние света носителями заряда, обменное взаимодействие, диагностика плазмы.

Поступила в редакцию: 23.03.2023
Исправленный вариант: 04.04.2023
Принята в печать: 04.04.2023

DOI: 10.21883/FTT.2023.05.55490.41

Реферативные базы данных:

•