Магнитооптика триплетных экситонов в полупроводниковых кристаллах Старухин Анатолий Николаевич

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава I. СИНГЛЕГНЫЕ И ТРИПЛЕТНЫЕ ЭКСИ 1 ОНЫ В ПОЛУ 11Р0В0ДНИК0ВЫХ
КРИСТАЛЛАХ 18

1. Синглетные и триплетные состояния 18

2. Энергетический спектр экситона в полупроводниковом кристалле 21

3. Влияние анизотропии кристалла на знеріетический спектр экситона 24

4. Учет обменного взаимодействия. Тонкая структура экситонных уровней 27

5. Оптический спектр экситона 30

6. Прямые экситоны в кристалле селенида галлия ...31

7. Оптическая ориентация и выстраивание экситонов 40

8. Экспериментальные исследования оптического выстраивания и ориентации

экситонов 44

Постановка задачи , 51

Глава II. ПОЛЯРИЗОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ СВОБОДНЫХ ЭКСИЮПОВ В
СЕЛЕНИДЕ ГАЛЛИЯ 53

9. Введение , 53

10. Оптическая ориентация и выстраивание свободных экситонов в селениде галлия при

реюнансном возбуждении 54

2.2.1. Экспериментальные результаты , , 54

11. Качественное сравнение с феноменологической теорией 67

12. Количественное сопоставление с результатами микроскопической теории ...72

3. Проявление промежуточных состояний в кинетике экситонной люминесценции кристаллов 76

4. Магнито-штарк эффект на экситоне в селениде галлия 85

1. Экситон во внешних магнитном и электрическом полях 88

2. Эффект Штарка на экситоне 91

3. Маї нито-нітарк эффект 98

Выводы к главе II 104

Глава Ш. ПОЛЯРИЗОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНІ ДОЯ ТРИІ1ЛЕ111ЫХ СВЯЗАІ1НЫХ

ЭКСИТОНОВ В СЕЛЕНИДЕ ГАЛЛИЯ 106

3.1.Связанные экситоны 106

3.2. Поляризованная люминесценция связанных экситонов в селениде
галлия 108

4. Знері етическая структура связанных экситонов в селениде галлия. Эффект Зеемана , , . 110

5. Поляризованная люминесценция связанных экситонов. Экспериментальные результаты 118

6. Обсуждение результатов 128

Выводы к главе III . 150

Глава IV. ТРИПЛЕТНЫЕ ЭКСИТОНЫ В ТВЕРДЫХ ПОЛУ11РОВОДИИКОВЫХ
РАСТВОРАХ A^I1[B^VI 152

7. Кристаллическое строение и структурный фазовый переход в смешанных кристаллах GaSe-GaS 152

8. Экситоны в смешанных кристаллах соединений A^II[B^VI 157

9. Краевая люминесценция твердых растворов GaS-GaSe 159

4.4,1 Іоляризованная люминесценция триплетных экситонов в смешанных кристаллах
А^1І[В^УІвмаінитномполе , 163

5. Оптическое выстраивание локализованных экситонов в твердых растворах GaSei-A 185

6. Селективная лазерная спектроскопия лок&іизоваиимх экситонов в твердых расі ворах

GaSe^T^ в магнитном поле 192

Выводы к главе IV., , 207

I лава V. ВРЕМЕННАЯ ЗАВИСИМОСІЬ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В
ИЗЛУЧЕНИИ ТРИПЛЕТНЫХ СВЯЗАННЫХ ЭКСИТОНОВ В УСЛОВИЯХ
НЕКОГЕРЕНТОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ 209

1. Эффект антиперессчения спиновых подуровней триплетных связанных .экситонов в магнитном ноле 210

2. Временная зависимость эффекта антипересечения уровней триплетных связанных экситонов. Эксперимент 211

3. Временная зависимость эффекта антипересечения уровней триплетных связанных экситонов. Теория 216

4. Влияние энергии связи на кинетику излучательной и безьнлучаїельной рекомбинации триплетных связанных экситонов 224

5. Постановка задачи 224

6. Экспериментальные результаты и обсуждение 225

5.5. Излучательная и безызлучательная рекомбинация непрямых триплстных связанных
экситонов , 233

4 5.6. Динамика мапштоиндупированной линейной поляризации экситонной

люминесценции кристаллов GaSe 240

5 6.1. Введение 240

2. Экспериментальные результаты 241

3. Теория и обсуждение результатов 249

Выводы к главе V 249

Глава VI. СПЕКТРОСКОПИЯ IРИПЛЕТНЫХ СОСТОЯНИЙ УГЛЕРОДНЫХ
НАНОКЛАС ГЕРОВ - ФУЛЛПРЕНОВ 267

1. Введение , , 267

2. Электронная структура молекул С?о 269

3. Широкополосные спектры люминесценции матрично-изолированных молекул фуллерена С70 274

4. Наблюдение эффекта Шпольского в оптических спектрах матрично-изолированных молекул 280

5. Поляризационные эффекты в оптических спектрах матрично-изолированных молекул С70 290

6. Магнитооптические эффекты в спектре излучения матрично-изолированных

молекул С?о 298

Выводы к главе VI , 312

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 317

ЛИТЕРАТУРА 322

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 336

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Среди исследований оптических свойств кристаллов важное место занимает экситонная спектроскопия. Как известно, экситоны играют существенную роль в формировании оптических и фотоэлектрических свойств кристаллов. Они в значительной степени влияют на явления люминесценции, поглощения, отражения и рассеяния света в кристаллах. Исследования оптических спектров экситонов позволяют получить уникальную информацию об энергетической структуре кристалла.

В последние годы значительное внимание в спектроскопии экситонных состояний уделяется спиновым эффектам. Наличие у электрона спина оказывает заметное влияние на энергетический спектр и свойства электронных состояний в многоэлектронных системах, от атомов до кристаллов. Спиновые эффекты играют существенную роль в формировании химических связей, важны для понимания магнитных свойств вещества, его фотофизических и фотохимических свойств и других явлений. Внимание к спиновым эффектам в полупроводниковых материалах и твердотельных структурах на их основе связано и с потребностями нового направления в современной твердотельной электронике - спинтроники, целью которой является разработка устройств, основанных на контроле и управлении электронным спином и влиянии таким образом на электронные процессы в полупроводниковых приборах.

Поскольку электрон и дырка, составляющие экситон, обладают полуцелыми спинами, спин экситона может принимать значение 5 = 0 или 1. В соответствии с их мультиплетностью состояния с S = 0 принято называть синглетными (или параэкситонами), а с 5 = 1 - триплетными (или ортоэкситонами). Триплетные экситоны являются наиболее низкоэнергетическими собственными электронными возбуждениями в совершенных полупроводниковых кристаллах. При этом в силу правила

6 запрета интеркомбинационных переходов, вероятность их излучатель ного распада существенно меньше, чем синглетных экситонов, поэтому триплетные возбужденные состояния полупроводников могут обладать большими временами жизни. Как известно, триплетные возбужденные состояния играют важнейшую роль в формировании фотофизических, фотохимических и радиационно-химических свойств органических молекул и молекулярных кристаллов, в биологических процессах. Свойства триплетных экситонов в полупроводниковых кристаллах исследованы в значительно меньшей степени и требуют более широкого изучения. Интерес к свойствам триплетных экситонов в полупроводниковых кристаллах обусловлен как их важностью для понимания фундаментальных свойств электронных состояний в полупроводниках, так и тем, что исследуемые методом экситонной спектроскопии свойства и явления могут иметь значение и для других атомных систем.

Триплетные экситоны являются нижайшими по энергии электронными возбужденными состояниями в совершенных полупроводниковых кристаллах и благодаря относительно малой (по сравнению с синглетными экситонами) вероятности излучательной аннигиляции - и наиболее долгоживущими электронными возбуждениями. Поэтому можно полагать, что при низких температурах существенная доля энергии электронного возбуждения в совершенном полупроводниковом кристалле сосредоточена в триплетных экситонах. В этом случае при достаточной оптической активности состояний триплетных экситонов они могут играть определяющую роль в формировании краевого излучения полупроводников как непосредственно, так и косвенно, обеспечивая транспорт энергии к центрам излучательной рекомбинации в кристалле. Оптические переходы с участием триплетных экситонов оказываются в ряде случаев весьма благоприятными для получения лазерного эффекта: в частности, подобный эффект наблюдался в серии полупроводниковых соединений A^mB^Vi.

Фундаментальный характер явлений, связанных со свойствами триплетных электронных состояний, их влияние на магнитооптику полупроводников и возможность создания на их основе эффективных методов исследования полупроводниковых материалов делают исследование триплетных экситонных состояний в полупроводниках актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы явилось комплексное экспериментальное и теоретическое исследование методами оптической спектроскопии свойств триплетных экситонных состояний и связанных с ними магнитооптических свойств полупроводниковых кристаллов на примере кристаллов соединений AⁱⁿB^VI. Кристаллы AⁿⁱB^VI обладают высокой фоточувствительностью, а некоторые из них (селенид галлия) производятся в коммерческих целях как нелинейно-оптические элементы устройств для преобразования частоты электромагнитного излучения в видимом и инфракрасном диапазоне спектра. Соединения A^lllB^Vi (селенид галлия и ряд твердых растворов на его основе) рассматриваются как перспективные материалы для полупроводниковых лазеров с накачкой оптическим излучением или электронным пучком.

Экспериментальные исследования были выполнены с применением различных методов экситонной спектроскопии. Поскольку, как отмечалось выше, триплетные экситоны характеризуются не только определенными особенностями энергетического спектра (мультиплетной структурой уровней), но и, вообще говоря, зависящей от спинового состояния экситона кинетикой, главное внимание в работе было уделено изучению особенностей экситонной люминесценции, свойства которой определяются как электронной структурой возбужденного состояния, так и кинетикой релаксации электронных возбуждений. При этом, учитывая связь между угловым моментом излучающего состояния и поляризацией излучения, для получения информации о спиновом состоянии экситонов был применен метод поляризованной люминесценции. Наличие у триплетных экситонов отличного от нуля магнитного момента позволяет контролируемым образом влиять на состояние экситонного спина и энергию спиновых подуровней с помощью внешнего магнитного поля, что делает методы магнитооптики особенно эффективными в исследованиях свойств триплетных состояний. Величина спина триплетных экситонов предполагает возможность различных типов спинового упорядочения в системе экситонов - спиновой ориентации и выстраивания. В связи с этим одной из целей работы было исследовать эффекты спиновой ориентации и выстраивания триплетных экситонов и поведение системы ориентированных и выстроенных экситонов во внешних магнитных полях. Важной особенностью триплетных экситонных состояний в системах с осевой симметрией, в частности в одноосных кристаллах A^UIB^VI, является существенное различие излучательных времен жизни триплетных экситонов в различных спиновых состояниях, что, как показано в работе, приводит к ряду характерных магнитооптических эффектов в излучении кристаллов. В рамках работы было проведено исследование этих эффектов как в условиях стационарного возбуждения, так и проявление этих эффектов в различные моменты жизни возбужденного состояния. Сочетание методов магнитооптики и спектроскопии с временным разрешением позволило существенно расширить информативность исследований. В рамках работы выполнен теоретический анализ полученных экспериментальных результатов и предложены теоретические модели описания наблюдавшихся магнитооптических эффектов. Помимо свойств триплетных экситонов в объемных полупроводниковых кристаллах, в диссертационной работе приведены также результаты исследования свойств триплетных электронных состояний в матрично-изолированных углеродных нанокластерах молекулах фуллерена С70» которые можно рассматривать как наночастицы ("квантовые точки") неорганического молекулярного полупроводника фуллерита, образованного подобно алмазу атомами углерода.

9 Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

Наблюдались оптическая ориентация и выстраивание спинов свободных экситонов при их резонансном возбуждении.

Проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование особенностей эффекта Ханле на выстроенных и ориентированных экситонах в условиях их резонансного возбуждения.

Наблюдался индуцированный внешним магнитным полем эффект оптического выстраивания триплетных связанных экситонов в условиях линейно поляризованной накачки.

Исследован индуцированный внешним магнитным полем эффект перехода оптической ориентации в выстраивание, а также обратный эффект, в системе триплетных связанных экситонов в условиях поляризованной накачки.

Изучен эффект наведенной внешним магнитным полем линейной поляризации излучения триплетных экситонов в одноосном кристалле в условиях некогерентного возбуждения экситонных состояний.

Методом поляризованной люминесценции установлена триплетная природа краевого излучения твердых кристаллических растворов соединений a'"B^vi при низких температурах и определены закономерности изменения соотношения излучательного и безызлучательного времен жизни триплетных локализованных экситонов в зависимости от их энергии.

В условиях селективного лазерного возбуждения состояний ич континуума состояний триплетных локализованных экситонов, приводящего к лазерному сужению полос экситонного излучения, наблюдался эффект Зеемана в твердых растворах полупроводников (на примере системы GaSei-jTe^) и изучена зависимость эффективного g-фактора экситонов от их энергии и состава твердого раствора.

На примере триплетных связанных экситонов в GaSe исследована временная зависимость эффекта антипересечения (спиновых) подуровней в магнитном поле в спектрах послесвечения кристаллов. Установлено, что форма сигнала антипересечения существенно меняется в течение времени жизни возбужденного состояния и отличается от классической формы сигнала, наблюдаемой в условиях стационарного возбуждения. Дано теоретическое описание наблюдаемых эффектов.

На примере триплетных связанных экситонов в GaSe исследована временная зависимость эффекта наведенной внешним магнитным полем линейной поляризации излучения триплетных экситонов в одноосном кристалле в условиях не когерентного возбуждения экситонных состояний. Установлено, что зависимость степени линейной поляризации излучения от » магнитного поля меняется в течение времени жизни возбужденного состояния. Обнаружен эффект существенного увеличения степени поляризации по мере увеличения времени задержки регистрации излучения; показано, что при больших временах задержки излучение экситонов в магнитном поле оказывается практически полностью поляризованным. Предложено теоретическое описание наблюдаемой временной зависимости магнитоиндуцированной поляризации излучения.

Обнаружен эффект Шпольского в оптических спектрах углеродных нанокластеров - молекул фуллерена С₇о при их введении в кристаллические матрицы ряда соединений.

На примере С₇о наблюдался и исследован эффект Зеемана в спектре излучения триплетных возбужденных состояний углеродных нанокластеров - фуллеренов.

Научная и практическая значимость работы. Научная ценность работы состоит в том, что в ней систематически изучены свойства триплетных экситонов в полупроводниковом кристалле и их проявление в оптических спектрах, различные типы спинового упорядочения в системе триплетных

11 экситонов. В работе впервые детально исследовано влияние внешнего магнитного поля на спиновую ориентацию и выстраивание триплетных экситонов в условиях их резонансного возбуждения, в том числе индуцированный магнитным полем переход ориентация^выстраивание в системе триплетных экситонов; впервые наблюдался эффект Зеемана на локализованных экситонах в твердых растворах полупроводников. В ходе исследований впервые наблюдался и исследован эффект наведенной внешним магнитным полем линейной поляризации экситонного излучения в условиях некогерентного возбуждения, демонстрирующий обусловленную магнитным полем анизотропию оптических свойств одноосного кристалла в плоскости, ортогональной оптической оси кристалла (в этом отношении эффект аналогичен эффекту Фойгта в пропускании кристаллов). В работе впервые исследованы временные особенности ряда магнитооптических эффектов в излучении триплетных экситонов в условиях их некогерентного возбуждения. В рамках работы впервые изучено влияние внешнего магнитного поля на спектр излучения углеродных нанокластеров -фуллеренов С₇о и получено прямое доказательство участия в формировании спектра триплетных возбужденных состояний молекул С₇о-

Практическая ценность диссертации состоит в предложении и демонстрации эффективности подхода, сочетающего методы магнитооптики и спектроскопии с временным разрешением, для получения информации о энергетической структуре и кинетических параметрах излучающих состояний. Проведенные исследования позволили также предложить простой и эффективный метод получения высокоинформативных линейчатых спектров матрично-изолированных фуллеренов, основанный на эффекте Шпольского.

На защиту выносятся следующие положения:

1. При резонансном возбуждении триплетных свободных экситонов линейно (циркулярно) поляризованным светом наблюдается эффект

12 оптического выстраивания (ориентации) экситонных спинов. Установлено, что зависимость степени линейной (циркулярной) поляризации резонансного излучения выстроенных (ориентированных) свободных экситонов от магнитного поля (форма сигнала Ханле) в значительной степени определяется характером релаксации фоторожденных экситонов по квазиимпульсу в процессе переизлучения света кристаллом, что существенно отличает свободные экситоны от неподвижных излучательных центров или свободных атомов.

На основе исследования магнито-штарк эффекта на свободном триплетном экситоне в слоистом кристалле GaSe экспериментально доказано наличие движения фоторожденных экситонов в направлении, перпендикулярном плоскости кристаллических слоев.

Обнаружен эффект оптического выстраивания спинов триплетных связанных экситонов. Установлено, что в случае триплетных связанных экситонов времена распада спиновой ориентации и выстраивания могут резко различаться, при этом скорость распада выстраивания может быть существенно уменьшена приложением внешнего магнитного поля.

На примере триплетных связанных экситонов в селениде галлия показано, что в одноосном кристалле внешнее магнитное поле может индуцировать переход одного вида упорядочения в системе экситонных спинов - оптического выстраивания в ориентацию, а также обратный эффект.

5. Установлено, что низкотемпературные спектры краевой люминесценции твердых растворов A^mB^vl (GaS-GaSe, GaSe-GaTe) обусловлены аннигиляцией триплетных локализованных экситонов.

6. На примере триплетных экситонов в кристаллах A B^VI и твердых растворов на их основе показано, что в условиях неполяризованного межзонного возбуждения одноосного кристалла наблюдается индуцированный магнитным полем эффект возникновения линейной

13 поляризации экситонного излучения (не связанный с термализацией экситонов между различными зеемановскими подуровнями). Эффект связан с различием времен жизни экситонов в различных спиновых состояниях.

7. На примере прямозонных твердых растворов GaSe^Te.* показано, что селективная лазерная спектроскопия является эффективным методом исследования эффекта Зеемана в излучении локализованных (триплетных) экситонов в твердых растворах полупроводников. Изучение эффекта Зеемана позволяет прямо определить эффективные ^-факторы триплетных локализованных экситонов и их зависимость от энергии экситонов и состава твердого раствора.

8. На примере системы зеемановских подуровней триплетных связанных экситонов в кристаллах селенида галлия установлено, что форма сигнала антипересечения уровней существенно меняется в течение времени жизни возбужденного электронного состояния. Предложено теоретическое описание явления. Показано, что исследование временной зависимости сигнала антипересечения является эффективным методом изучения энергетической структуры и кинетических свойств экситонов.

Экспериментально и теоретически исследована временная зависимость индуцированной внешним магнитным полем линейной поляризации экситонного излучения в одноосном кристалле в условиях межзонного возбуждения неполяризованным светом. Обнаружено, что степень линейной поляризации излучения триплетных связанных экситонов в магнитном поле, ортогональном оптической оси кристалла, увеличивается с увеличением времени пребывания экситонов в поле. Предложена теоретическая модель явления. Показано, что для корректного описания экспериментальных зависимостей необходимо учитывать исходное возмущение спиновой структуры связанных экситонов локальными полями.

Внедрение углеродных нанокластеров С₇о в кристаллические матрицы ряда соединений приводит к формированию при низких

14 температурах высокоинформативных узколинейчатых спектров излучения и поглощения фуллеренов. Явление может быть охарактеризовано как эффект Шпольского в системе фуллерен-кристаллическая матрица.

11. В спектре фосфоресценции матрично-изолированных нанокластеров С₇о в магнитном поле наблюдается эффект Зеемана. Характер эффекта показывает, что фосфоресценция обусловлена оптическими электронными переходами из триплетного возбужденного состояния нанокластеров. Особенности наблюдаемого эффекта могут быть объяснены в предположении о различной оптической активности спиновых компонент триплета. Установлено, что ^-фактор нижайшего триплетного состояния нанокластера С₇о практически изотропен и равен g = 1.85 ± 0.05.

Апробация работы. Основные результаты исследований, вошедших в диссертацию, были доложены и обсуждены на 11 отечественных и 19 международных конференциях, симпозиумах и школах: на Всесоюзных семинарах "Экситоны в кристаллах" (Кишинев, 1976; Ленинград, 1977, Львов, 1979), Всесоюзных совещаниях по люминесценции (Черноголовка, 1976; Эзерниеке, 1980; Ленинград, 1981), Всесоюзном семинаре "Физические свойства слоистых кристаллов" (Баку, 1979), Всесоюзном совещании "Оптическое детектирование магнитных резонансов в твердых телах" (Ленинград, 1981), Международной конференции "Exritons 84" (Гюстров, Германия, 1984), Международной конференции "Optics of Excitons in Condensed Matter" (С.-Петербург, 1997), Российских конференциях по физике полупроводников (Новосибирск, 1999; С.-Петербург, 2003), Международном семинаре по оптоэлектронике (С.-Петербург, 2003), Международных семинарах "Fullerenes and atomic clusters" (С.-Петербург, 1993; 1995; 1997; 2001), XXI Съезде по спектроскопии (Звенигород, 1995), Международных зимних школах "Electronic properties of novel materials" (Кирхберг, Австрия, 1995; 1998), Международной зимней школе/евроконференции "Electronic Properties of Molecular Nanostructures" (Кирхберг, Австрия, 2001),

15 Международной конференции по люминесценции (Москва, 1994), Международной конференции по люминесценции (Прага, 1996), Международной конференции "Excitonic processes in Condensed Matter" (Kurort Gohrisch, Германия, 1996), Международном симпозиуме "Electrons and Vibrations in Solids and Finite Systems (Jahn-Teller Effect)" (Берлин, Германия, 1996), Российско-германских семинарах "Point Defects in Insulators and Deep-Level Centers in Semiconductors" (С.-Петербург, 2003).

Публикации. По теме исследования опубликовано 46 печатных работ, в том числе 30 статей, список которых приведен в конце диссертации.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, перечня основных результатов и списка цитированной литературы. Первая глава содержит обзор литературы по теме исследования. В ней кратко рассмотрены экспериментальные и теоретические работы, посвященные рассмотрению природы триплетных электронных состояний, влиянию обменного взаимодействия на энергетических спектр экситонных состояний, проявлению переходов в синглетные и триплетные экситонные состояния в оптических спектрах кристаллов, явлениям оптической ориентации и выстраивания экситонных спинов, электронной и кристаллографической структуре кристаллов AⁱⁿB^vl, явившихся модельными объектами исследований. В заключительной части главы сформулированы выводы из обзора и поставлена задача исследования. Во второй главе описаны результаты экспериментального и теоретического исследования поляризованной магнитолюминесценции свободных триплетных экситонов в условиях резонансного когерентного возбуждения светом различных зеемановских (спиновых) состояний триплетных экситонов, а также при межзонном возбуждении кристалла. Рассматриваются возникающие в этих условиях различные виды спинового упорядочения в системе экситонов, их поведение во внешних магнитных полях и влияние промежуточных электронных состояний на магнитооптические эффекты в излучении свободных экситонов. Приводятся также результаты экспериментального исследования магнитоштарк-эффекта в поглощении триплетных экситонов в исследованных кристаллах, которые служат обоснованием применимости теоретической модели, использованной для интерпретации результатов поляризованной магнитолюминесценции экситонов. Третья глава посвящена исследованию магнитооптических эффектов в излучении триплетных экситонов, связанных на ионизованных центрах (или изоэлектронных ловушках) в условиях резонансного возбуждения кристалла на частоте перехода в основное состояние прямого свободного триплетного экситона. Отмечается наличие существенных отличий в поляризованной люминесценции свободных и связанных триплетных экситонов и ее поведении в магнитном поле. Описан впервые наблюдавшийся в экситонном излучении эффект перехода оптической ориентации экситонов в выстраивание и обратный эффект. Проведено сравнение экспериментальных данных с результатами феноменологической теории поляризованной люминесценции триплетных экситонов в кристаллах типа селенида галлия, развитой Ивченко и Пикусом. В четвертой главе описаны результаты исследования краевой люминесценции и магнитооптических эффектов в экситонном излучении твердых растворов соединений A^1MB^VI в условиях межзонного возбуждения кристаллов неполяризованным светом. Впервые приводятся также результаты исследования эффекта Зеемана в излучении локализованных экситонов в твердых полупроводниковых растворах, которые дают прямые доказательства триплетной природы излучательных состояний. Пятая глава посвящена исследованию временной зависимости ряда магнитооптических эффектов, наблюдаемых в спектрах излучения триплетных экситонов в одноосных кристаллах GaSe в условиях некогерентного возбуждения различных спиновых состояний экситонов: эффекта антипересечения спиновых подуровней экситонов в магнитном поле (наблюдающегося в геометрии Фарадея) и эффекта индуцируемой

17 магнитным полем линейной поляризации экситонного излучения (наблюдающегося в геометрии Фойгта). Установлено, что характер проявления эффектов существенно меняется в течение времени жизни возбужденных состояний и отличается от картины, наблюдаемой в условиях стационарного возбуждения люминесценции. Предложена теоретическая модель, объясняющая наблюдаемые временные зависимости, и проведено сравнение результатов теории и эксперимента; показано, что сочетание спектроскопии с временным разрешением и магнитооптики является эффективным методом получения информации об энергетической структуре и кинетических параметрах различных спиновых состояний экситонов. Шестая глава содержит результаты спектроскопических исследований триплетных состояний в нанокластерах С₇о, являющихся структурными элементами нового класса неорганических молекулярных полупроводников -фуллеритов.

Общий объем диссертации 342 страниц, включая 265 страниц текста, 78 рисунков и таблиц, а также список литературы из 160 наименований.

Похожие диссертации на Магнитооптика триплетных экситонов в полупроводниковых кристаллах

Кинетика и люминесценция экситонов в анизотропных кристаллах Глушко Евгений Яковлевич

Экситон - фононное взаимодействие в процессах оптического поглощения и катодолюминесценции кристаллов AgBr1-хClx(O... x...1)Шаабан Низар

Оптика и магнитооптика лазеров на основе фотонных кристаллов и метаматериаловЗябловский Александр Андреевич