ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

В рамках модифікованого методу ефективної маси розвинуто теорію екситонної квазімолекули (утвореної з просторово розділених електронів та дірок) в наносистемах, що складаються з квантових точок германію, вирощених в кремнієвих матрицях. У штучній квазімолекулі дірки розташовані в об’ємах  квантових точок германію, а електрони, рухаючись в матриці кремнію, локалізуються над сферичною поверхнею квантових точок германію. Варіаційним методом отримані залежності повної енергії, а також енергії зв’язку основного синглетного стану екситонної квазімолекули, як функції відстані D між поверхнями квантових точок, а також радіуса a квантової точки. Показано, що в енергію зв’язку екситонної квазімолекули основний внесок дає енергія обмінної взаємодії електрона з дірками, який істотно перевершує внесок, що обумовлюється енергією кулонівської взаємодії електрона з дірками. Встановлено, що виникнення екситонної квазімолекули в наносистемах має пороговий характер, і можливе в наносистемах, в якій відстань D між поверхнями квантових точок перевищує значення деякої критичної відстані D_c⁽¹⁾. Показано, що екситонна квазімолекула в наносистемах може існувати тільки при температурах нижче деякої критичної температури T_c. При температурах нижче критичної T˂T_c екситонна квазімолекуа розпадається на два штучних атоми (з просторово розділених електронів та дірок). Встановлено, що енергія зв’язку основного синглетного стану екситонної квазімолекули, що складається з двох квантових точок германію, є суттєвою величиною, яка перевершує енергію зв’язку біекситона в монокристалі кремнію майже на два порядки.

1. Yakimov A.I. Spatial separation of electrons and holes of quantum dots Ge/Si. JETP Lett. 2001. 73(10): 529. https://doi.org/10.1134/1.1387520

2. Yakimov A.I. Effects of electron-electron interaction in the optical properties of dense arrays of quantum dots Ge/Si. JETP. 2001. 119(3): 574. https://doi.org/10.1134/1.1364747

3. Smagina G.V., Dvurechensky A.V. Linear chains of quantum dots Ge/Si. Semiconductors. 2015. 49(6):749. https://doi.org/10.1134/S1063782615060238

4. Pokutnyi S.I. On an exciton with a spatially separated electron and hole in quasi-zero-dimensional semiconductor nanosystems. Semiconductors. 2013. 47(6): 791. https://doi.org/10.1134/S1063782613060225

5. Pokutnyi S.I. Excitons based on spatially separated electrons and holes in Ge/Si heterostructures with germanium quantum dots. Low Temperature Physics. 2016. 42(12): 1151. https://doi.org/10.1063/1.4973506

6. Pokutnyi S.I. Biexcitons formed from spatially separated electrons and holes in quasi-zero-dimensional semiconductor nanosystems. Semiconductors. 2013. 47(12): 1626. https://doi.org/10.1134/S1063782613120178

7. Pokutnyi S.I. Biexciton in nanoheterostructures of germanium quantum dots. Opt. Eng. 2017. 56(6): 067104. https://doi.org/10.1117/1.OE.56.6.067104

8. Pokutnyi S.I. Biexciton in nanoheterostructures of dielectric quantum dots. J. Nanophotonics. 2016. 10(3): 036008. https://doi.org/10.1117/1.JNP.10.036008