УДК: 539.23

Нестационарное внутризонное поглощение света полупроводниковыми наностержнями

Леонов М.Ю., Орлова А.О., Баранов А.В., Рухленко И.Д., Гунько Ю.К., Федоров А.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Леонов М.Ю., Орлова А.О., Баранов А.В., Рухленко И.Д., Гунько Ю.К., Федоров А.В. Нестационарное внутризонное поглощение света полупроводниковыми наностержнями // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 11. С. 7–15.

Leonov M. Yu., Orlova A. O., Baranov A. V., Fedorov A. V. , RukhlenkoI. D., and Gun’koYu. K. Transient intraband absorption of light by semiconductor nanorods [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2013. V. 80. № 11. P. 7–15.

Ссылка на англоязычную версию:

M. Yu. Leonov, A. O. Orlova, A. V. Baranov, A. V. Fedorov, I. D. Rukhlenko, and Yu. K. Gun’ko, "Transient intraband absorption of light by semiconductor nanorods," Journal of Optical Technology. 80(11), 648-654 (2013). https://doi.org/10.1364/JOT.80.000648

Аннотация:

В рамках единого подхода, основанного на формализме приведенной матрицы плотности, развита теория внутризонного поглощения энергии зондирующих импульсов, индуцированного импульсами накачки, в полупроводниковых наностержнях в форме параллелепипеда и цилиндра. Определены условия, при которых зависимость поглощенной энергии зондирующих импульсов от времени задержки по отношению к импульсам накачки при внутризонных переходах описывается одной или двумя экспоненциальными функциями с показателями, пропорциональными скоростям релаксации энергии состояний электронной подсистемы наностержней. Показано, что нестационарная спектроскопия внутризонного поглощения позволяет определить скорости релаксации энергии электронных состояний наностержней.

Ключевые слова:

полупроводниковые наностержни, спектроскопия накачки-зондирования, скорость релаксации энергии

Список источников:

1. Wolf C.R., Thonke K., Sauer R. Single-electron transistors based on self-assembled silicon-on-insulator quantum dots // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 96. № 14. P. 142108.
2. Rafailov E.U., Cataluna M.A., Avrutin E.A. Ultrafast lasers based on quantum dot structures: physics and devices. Weinheim: Wiley-VCH, 2011. P. 272.
3. Nozik A.J. Nanoscience and nanostructures for photovoltaics and solar fuels // Nano Lett. 2010. V. 10. № 8. P. 2735–2741.
4. Dusanowski L., Golnik A., Syperek M., Nawrocki M., Sek G., Misiewicz J., Shlereth W.T., Schneider C., Hofling S., Kamp M., Forchel A. Single photon emission in the red spectral range from a GaAs-based selfassembled quantum dot // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. № 10. P. 103108.
5. Press D., Ladd T., Zhang B., Yamamoto Y. Complete quantum control of a single quantum dot spin using ultrafast optical pulses // Nature. 2008. V. 456. P. 218–221.
6. Vodnik V.V., Saponjic Z., Dzunuzovic J.V., Bogdanovic U., Mitric M., Nedeljkovic J. Anisotropic silver nanoparticles as filler for the formation of hybrid nanocomposites // Mater. Res. Bull. 2013. V. 48. № 1. P. 52–57.
7. Kolper C., Sabathil M., Romer F., Mandl M., Strassburg M., Witzigmann B. Core-shell InGaN nanorod light emitting diodes: electronic and optical device properties // Phys. Stat. Solidi A. 2012. V. 209. № 11. P. 2304–2312.
8. Lim Y.T., Son J.Y., Rhee J.S. Vertical ZnO nanorod array as an effective hydrogen gas sensor // Ceramics intern. 2013. V. 39. № 1. P. 887–890.
9. Baranov A.V., Davydov V., Fedorov A.V., Ren H.W., Sugou S., Masumoto Y. Coherent control of stress-induced InGaAs quantum dots by means of phonon-assisted resonant photoluminescence // Phys. Stat. Solidi B. 2001. V. 224. № 2. P. 461–464.
10. Федоров А.В., Баранов А.В., Masumoto Y. Когерентный контроль квазиупругого резонансного вторичного свечения: полупроводниковые квантовые точки // Опт. и спектр. 2002. Т. 92. № 5. P. 797–803.
11. Федоров А.В., Баранов А.В., Masumoto Y. Когерентный контроль резонансного вторичного свечения с участием оптических фононов в полупроводниковых квантовых точках // Опт. и спектр. 2002. V. 93. № 1. P. 56–65.
12. Федоров А.В., Баранов А.В., Masumoto Y. Когерентный контроль термализованной люминесценции полупроводниковых квантовых точек // Опт. и спектр. 2002. Т. 93. № 4. P. 604–608.
13. Леонов М.Ю., Баранов А.В., Федоров А.В. Нестационарное межзонное поглощение света квантовыми точками: вырожденный случай спектроскопии накачка – зондирование // Опт. и спектр. 2010. Т. 109. № 3. С. 398–406.
14. Леонов М.Ю., Баранов А.В., Федоров А.В. Нестационарное межзонное поглощение света квантовыми точками: невырожденный случай спектроскопии накачка – зондирование // Опт. и спектр. 2011. Т. 110. № 1. С. 28–36.
15. Леонов М.Ю., Баранов А.В., Федоров А.В. Нестационарное внутризонное поглощение света квантовыми точками: спектроскопии накачка – зондирование // Опт. и спектр. 2011. Т. 111. № 5. С. 821–830.
16. Sanguinetti S., Guzzi M., Grilli E., Gurioli M., Seravalli L., Frigeri P., Franchi S., Capizzi M., Mazzuccato S., Polimeni A. Effective phonon bottleneck in the carrier thermalization of InAs/GaAs quantum dots // Phys. Rev. B. 2008. V. 78. № 8. P. 085313.
17. Fedorov A.V., Baranov A.V., Masumoto Y. Acoustic phonon problem in nanocrystal-dielectric matrix systems // Solid State Commun. 2002. V. 22. № 3–4. P. 139–144.
18. Inoshita T., Sakaki H. Electron relaxation in a quantum dot: significance of multiphonon processes // Phys. Rev. B. 1992. V. 46. № 11. P. 7260–7263.
19. Inoshita T., Sakaki H. Density of states and phonon-induced relaxation of electrons in semiconductor quantum dots // Phys. Rev. B. 1997. V. 56. № 8. P. R4355–R4358.
20. Li X., Nakayama H., Arakawa Y. Phonon bottleneck in quantum dots: role of lifetime of the confined optical phonons // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. № 7. P. 5069–5073.
21. Baranov A.V., Fedorov A.V., Rukhlenko I.D., Masumoto Y. Intraband carrier relaxation in quantum dots embedded in doped heterostructures // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. № 20. P. 205318.
22. Fedorov A.V., Baranov A.V., Rukhlenko I.D., Masumoto Y. New many-body mechanism of intraband carrier relaxation in quantum dots embedded in doped heterostructures // Solid State Commun. 2003. V. 128. № 6–7. P. 219–223.
23. Федоров А.В., Баранов А.В. Релаксация носителей заряда в квантовых точках с участием плазмон фононных мод // Физика и техника полупроводников. 2004. T. 38. № 9. С. 1101–1109.
24. Федоров А.В., Баранов А.В. Внутризонная релаксация носителей заряда в квантовых точках с участием поверхностых плазмон-фононных возбудений // Опт. и спектр. 2004. Т. 97. № 5. С. 853–864.
25. Fedorov A.V., Baranov A.V., Rukhlenko I.D., Gaponenko S.V. Enhanced intraband carrier relaxation in quantum dots due to the effect of plasmon-LO-phonon density of states in doped heterostructures // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. № 19. P. 195310.
26. Guyot-Sionnest P., Wehrenberg B., Yu D. Intraband relaxation in CdSe nanocrystals and the strong influence of the surface ligands // J. Chem. Phys. 2005. V. 123. № 7. P. 074709.
27. Sercel P.C. Multiphonon-assisted tunneling through deep levels: a rapid energy-relaxation mechanism in nonideal quantum-dot heterostructures // Phys. Rev. B. 1995. V. 51. № 20. P. 14532–14541.
28. Schroeter D.F., Griffiths D.J., Sercel P.C. Defect-assisted relaxation in quantum dots at low temperature // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. № 3. P. 1486–1489.
29. Vasilevskiy M.I., Anda E.V., Makler S.S. Electron-phonon interaction effects in semiconductor quantum dots: a nonperturabative approach // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. № 3. P. 035318.
30. Narvaez G.A., Bester G., Zunger A. Carrier relaxation mechanisms in self-assembled (In,Ga)As/GaAs quantum dots: efficient P→S auger relaxation of electrons // Phys. Rev. B. 2006. V. 74. № 7. P. 075403.
31. Kruchinin S.Yu., Fedorov A.V., Baranov A.V., Perova T.S., Berwick K. Resonant energy transfer in quantum dots: frequency-domain luminescent spectroscopy // Phys. Rev. B. 2008. V. 78. № 12. P. 125311.
32. Kruchinin S.Yu., Fedorov A.V., Baranov A.V., Perova T.S., Berwick K. Double quantum dot photoluminescence mediated by incoherent reversible energy transport // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. № 24. P. 245303.
33. Kurtze H., Seebeck J., Gartner P., Yakovlev D.R., Reuter D., Wieck A.D., Bayer M., Jahnke F. Carrier relaxation dynamics in self-assembled semiconductor quantum dots // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 23. P. 235319.
34. Berstermann T., Auer T., Kurtze H., Schwab M., Yakovlev D.R., Bayer M., Wiersig J., Gies C., Jahnke F., Reuter D., Wieck A.D. Systematic study of carrier correlations in the electron-hole recombination dynamics of quantum dots // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. № 16. P. 165318.
35. Miyajimaa K., Edamatsub K., Itoh T. Infrared transient absorption and excited-stated of excitons and biexcitons confined in CuCl quantum dots // J. Lumin. 2004. V. 108. № 1–4. P. 371–374.
36. Urayama J., Norris T.B., Jiang H., Singh J., Bhattacharya P. Temperature-dependent carrier dynamics in self-assembled InGaAs quantum dots // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80. № 12. P. 2162.
37. Федоров А.В., Рухленко И.Д., Баранов А.В., Кручинин С.Ю. Оптические свойства полупроводниковых квантовых точек. СПб.: Наука, 2011. 188 с.
38. Турков В.К., Кручинин С.Ю., Федоров А.В. Внутризонные оптические переходы в полупроводниковых квантовых точках: радиационное время жизни электронных возбуждений // Опт. и спектр. 2011. Т. 110. № 5. С. 733–780.
39. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. М.: Мир, 1978. 616 с.