Введение к работе
Актуальность темы. Интерес исследователей к низкоразмерным системам, в частности, к двумерным (2D-) электронным системам, резко возрос в последние годы. Этот интерес обусловлен не только их разнообразным и эффективным применением в микро- и оптоэлектронике, но и открытием в этой области принципиально новых фундаментальных явлений, таких как квантовый эффект Холла, целочисленный и дробный.
Возникновение го-электронного газа связано с ограничением движения электронов по одному из пространственных направлений узкой потенциальной ямой (так называемой квантовой ямой). Такое ограничение приводит к размерному квантованию энергетического спектра по этому направлению. Исследования излучательной рекомбинации го-электронов с фотовозбужденными дырками позволяют прямым способом изучать энергетический спектр го-электронов. При этом изучение кинетических характеристик рекомбинационного процесса дает важную информацию о физических явлениях, наблюдаемых в двумерном канале.
Квантование циклотронного движения электронов и определяемая им дискретность спектра го-электронных систем в магнитном поле приводит к осцилляциям соответствующих термодинамических и кинетических характеристик. В последнее время появился ряд противоречивых сообщений об оптическом аналоге осцилляции Шубникова - де Гааза, наблюдавшемся в магнитополевых зависимостях интесивности рекомбинационного излучения го-электронов, в которых делалась попытка описать эти осцилляции в терминах кулоновских корреляций в системе го-электроны - фотовозбужденные дырки. Однако целый ряд экспериментальных фактов свидетельствует о том, что такие эффекты могут быть следствием сложных релаксационных процессов в 2D-электронной системе.
Спиновая релаксация фотовозбужденных носителей может происходить существенно медленнее, чем рекомбинационше процессы, поскольку переворот спина требует магнитного взаимодействия, которое является слабым. Именно это обстоятельство было использовано в ряде экспериментов по оптическому ориентированию фотовозбужденных носителей заряда, выполненных в трехмерной системе - соединении AiGaAs. При этом неравновесная намагниченность в электронной системе создавалась с помощью фотовозбуждения циркулярно поляризованным светом, и рекомбинационный фотоотклик был также сильно циркулярно поляризован. Для го-систем имеются основания предполагать, что из-за дискретности энергетического спектра в перпендикулярном магнитном поле процессы спиновой релаксации будут аномально медленными. Однако времяразрешенные эксперименты по оптической ориентации, выполненные в гц-квантовых ямах, неожиданно показывают необычайно короткие времена спиновой релаксации. Для разрешения этой загадки необходимы прямые эксперименты по исследованию кинетики рекомбинационного излучения в перпендикулярном магнитном поле с анализом циркулярной поляризации.
Целью данной работы является прямое изучение рекомбинационных и релаксационных процессов в системе 2Е>-электронов в объектах, содержащих монослой (г-слой) акцепторов, на которых связываются фотовозбужденные дырки.
Научная новизна. В настоящей работе методом время-скоррелированного счета фотонов впервые изучены процессы рекомбинации го-электронов с фотовозбужденными дырками, связанными на акцепторах e-слоя. Определены основные характеристики рекомбинационного процесса - времена рекомбинации гснэлектронов из основной и возбужденной подзон размерного квантования и их зависимость от расстояния между гэ-каналом и а-слоем акцепторов.
Исследованы релаксационные процессы в системе гц-электронов,
обнаружены магнитоосцилляции времени релаксации 2Е>-электронов из возбужденной подзоны размерного квантования. Впервые в одиночном гетеропереходе исследована спиновая релаксация фотовозбужденных электронов и дырок в прямом эксперименте по изучению кинетики рекомбинационного излучения с анализом циркулярной поляризации, определено время спиновой релаксации дырок связанных на акцепторах 5-слоя, произведена оценка сверху времени установления спинового равновесия в гэ-электронной системе.
Научная значимость результатов. Проведенные в работе исследования дают новую информацию о физических явлениях, происходящих в гэ-системах. Они важны для более полного понимания роли рекомбинационных и релаксационных процессов в формировании энергетического спектра 2Е>-электронов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Российско-Германском симпозиуме "Высокотемпературная сверхпроводимость и низкоразмерные электронные системы" (ФРГ, Штуттгарт - Мюнхен, 1992), докладывались на научных семинарах в mpi-fkf (Штуттгарт, ФРГ), в cnrs-hml (Гренобль, Франция) и в ИФТТ РАН.
Структура работы. Диссертация состоит из восьми разделов: введения, пяти основных глав, заключения и списка цитируемой литературы.