Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы большой интерес вызывиют исследования резонансного вторичного излучения, возникающие при возбуждении полупроводникового кpисталла светом с энергией фотона Ль>,, превышающей ширину запрещенной зоны К .Из спектров резонансного вторичного излучения мовдо получить информацию сб электронных возбувдениях с энергией порядка Aw, - в , отсчитанной от дна зоны проводимости. Эта энергия для члстот w, в оптической части спектра может достигать величины порядка I эВ, тогда как при облучении светом с частотой в области прозрячности (ниже края собственного поглощения) возможно получить cвeдения только об электронных состояниях вблизи дна ЗОНЫ ГГООЕОДИМОСТИ .
Одним из видов резонансного вторичного иглучения является многофононное резонансное комбинационное рассеяние света (МРКРС), широко обсуждаемое в многочисленных теоретических и Sксперименталъных работах.Спектр вторичного излучения в процессе МРКРС сос-тоит из серии линий с частотами w = ы. - N'wrn, где мГГ)- частота продольных оптических колебании решетки, а N - целсе число, которое достигает 7-9. Для объяснения этого явления была предложена каскадная модель [1,2] процесса, в которой квант вторичного излучения Аь> испускается при аннигиляции электрона и дырки,рожденных квантом вcзбуждающего света А^ , на последнем этапе каскадного
ИЗЛУЧеНИЯ N L0 - ЙЮР0Н0В В КаЧеСТВЭ ПТХЭМбЖУТОЧШХ СОСТОЯНИЙ ПРО-
цесса рассматривались: (а) состояния -свободных электронно-
дыгючных пат) (ЯГГП (б) состояния горячих эк;итонов Ваннье-
Мотта Для больших часто возбуждающего издания « (такиг «то
энергия* - Е сставляет n J Tn приниІот большие зн^ншп
процесс с1 участием горячих эов Пачео^во промежуточные
стояний становится ма^Е^иГ т к вета вероятность Z-
^шацТэксГтопа на ^вмЛла^Т Г^г\ ^й гСч
TZTnvoueZ^ касколного сбшГ4е'vZ Ікогї я гче-їс
каГэнершя экситша ь великаГг! 5к '"
Поэтому актуально'изучение процессов' МРКРС комбикирогашого типа ( с участием и электронно-дырочных пар и экситонов;, Причем энергия экситонйз, участвующих в этих процессах,на превышает зне-
ргию I-2 lo фононов.Вследствие этого является актуальным.исследование линейных, по интенсивности возбуждающего света многофононшх процессов образования экситонов с кинетической энергией,лекащей в интервал, от О до ..«,„- ( Иначе, эти процессы могут быть названы коноколекулярними, т.к. участие в образовании экситона принимают этектронно-дырочные пары, имеющие конечный объем,. Решение этой задачи шзво.міло бы также объяснить спектры экситонной лиминес-ценідої без привлечения концепции горячих экситонов.
В связи с появившимися в последнее время экспериментальными работами по магнитооптическим исследованиям экситонов [6 - 73,в которых было обнаружено значительное усиление интенсивности экситонной люминесценции при включвнии сильного магнитного ПОЛЯ (СМИ), большой физический интерес представляют теоретические исследования процессов образования экситонов, как линейных (мономолекулярнах) .так и квадратичных (бимолекулярных (в них принимают участив независимые электроны и дырки)) по интенсивности возОувдаю-щего света, в присутствии сильного магнитного поля.,
. Наряду с этим значительный интерес представляет и рассмотрение процессов МРХРС в сильном магнитном с участием эксито-но?. СШ коренным образом изменяет характер движения носителей заряда, что может привести к резкому изменению интенсивности рассеяния. Актуальность этого' исследования обусловлена появлением экспериментальных работ [ 8] по изучению МРКРС в присутствии СШ.
Цель работы. Основная целb данной работы состоит. в' следую-. щем:по^троениетеорш образования экситонов Ваннье-Мотта в линей-ЬиМ приближении ПО 'интенсивности Ч возбуждающего- света с участи-ем, ЭДП в шли премежу точных состояний кристалла;теоретическое изучение процесса связывания независимых электрона и дырки в зк-ситон Ваннье-Мотта в-присутстЕии сильного магнитного поля;теорети-чбсксе псследование мономслекуляркого процесса образования ысси-'сноB Взннье-Мотта ь прцсутствие сильного магнитного поля.
основные пола:венм .выносимыэ на заишту, -.' І.СкоростГ^^Й" экоитснов WW гхьт^зоднккак, обусловленная мОномо«куЛяр*ыкш процесса-.;
ми, пропорциональна третьей степени фрелиховской константу « при Ю 4 , где N - число испущенных LO фононов.
Сечение процесса МРКРС N-ro порядка по каналу комбичировгч-ного типа ( с участием свободных ЭДП и экситонов) он пропорционально а3 При N ? 4.
/do, В
с-хсгГ""1
2.Скорость рождения эксгэнов Ваннье-Мотта д*
сильном магнитном поле в полярных полупроводниках , обусловленная мономолекулярными процессами, пропорциональна первой степени «. Следовательно скорогть рождения экситонов резко возрастает в а раз при N > 4 и в а раз при N' = 2 ( с* '<- і ) при вклклении сильного магнитного поля.
З.В сильном магнитном поле скорость рождения экситонов имеет экстремумы (максимумы > при значениях частоты возбу-едаюигт,о све1:-almax(n> = EgH/h + п"% с интервалом между, ними, равным %1 = = ІеН/цс).
Сечение процесса MPKFC в сильном магнитном поле г.о каналу комбинированного типа
' 4.В сильном 'магнитном поле имеются з.сстремумы . экситошюй эмиссии, обусловленной мономолекулярными процессами при значениях частот возбуждающего света <»1тзх(п) = г^/Ь » n»w.ri .
Научная новизна
Г.Впервые построена теория мономолекулярного п-эцесса рождения экситоно'ь Заннье-Мотта све-ом в полярных полупроводниках .при котором скорость рождения экситонов опр<- делается конечной величиной объема электронно-дьрочной пары в мо\іент перед связыванием пары в экситон. Теория построена с использованием функций Грина и диаграммной техники, что позволяет получать результаты для глного-фотонных, процессов и выйти за рамки теории возмущений. Показа, что скорость рождения экситонов убывает с ростом числа N ис-^ценных lo фононов только численно.
2.Впервые вычислена вероятность сопровождаемого испусканием ш фонона процесса связывания независимых электрона и дырки ь экситон Ваннье-Мотта в сильном магнитном пале ирг . произвольных величинах кинетических энергий Е„ центра масс элркгхшдо-дь' очной пары и относительной энергии Ек электрона И ДЫрКИ. ВПврВІІО V.'.CJ!''
доьана зависимость этой вероятности связывания от величины магнитного поля. L-ічислания доведены до'конкретных результатов с ' использованием параметров кристаллов inSb.
З.Гпервые вычислена скорость М' юмолекулярного процесса рождения экситонов Ваннье-Мотть в присутствии сильного магнитного поля и показана,что магнитное поле приводит к когенной перестройке реальных тромежуточних состояния ЭДП. В результате магнитное пс-.а должно оказывать очень сильное влияние (приводить к резкому возрастанию Б с< раз) на скорость рождения экситонов,а следовательно,и на кнтенсивность экситонной эмиссии и процессов многофо-нонного резонансного рассеяния комбинированного типа (в которых участвуют соООодные ЭДП и гкситони в качестве промежуточных сос-
гаяний)
Г-'Р
І).
Предсказан резонансный вклад (максимум) в скорость рождения экситонов в окрестности ряда значений магнитного поля.
4.Впьрвые вычислен вклад в сечение MҐКРС «обусловленный процессами комоинированного типа (с участием ЭДП и экситонов) в нулевом и сильном магнитном полях.Показано,что этот вклі-д пропорци-
ОНалоН а3 при N І. 4 (Н = О) и а при N ^ " (СМП).
г.Показано, что спектры возбуждения экситонной эмиссии могут быть объяснены без привлеченик концепции горячих экситонов.
Практическая ценность. Очень важное различив мв";цу рвзонанс-гами и нер^^нс^^^цессами рассеяния обусловлено тем,что в первом случае электронные возбуждения , созданные возбуждающим светом,совершают ряд проходов через резльные промежуточные состЬ-Ш1Я, собирая информацию как о спектрах электронных возбуадений, так и о механизмах рассеяния , что делает МРКРС очень полезным инструментом для изучения, многочисленных полупроводниковых соединении.
То же относится и к спектрам (возОужденпя) экситонной люминесценции при и = о и е сильном магнитком поле. Вычисление характеристик экситонов, рожденных в результате многофононных 'процессе* .псзьолит не только ичт8рпрвтировать известные экспсрименгаль-ные яанике, но и будет стимулировать новые окспериментальние ис-елэдования.
Публикации.Основные результаты диссертации опуОликованії ь 6 печатных работах, список которых приведен н конце автореферата,
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения трех глав основного текстаззаключенияссодержит II рисунков, библиографию из 97 наименований. Полный объем диссертации - 126 страниц.