Оценка влияния постоянного магнитного поля на люминесценцию кристаллов фосфида галлия

Скворцова А.А., Волкова Л.В., Каленков С.Г., Скворцов А.А.

Ссылка для цитирования:

Скворцова А.А., Волкова Л.В., Каленков С.Г., Скворцов А.А. Оценка влияния постоянного магнитного поля на люминесценцию кристаллов фосфида галлия // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 5. С. 50–56. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-50-56

Skvortsova A.A., Volkova L.V., Kalenkov S.G., Skvortsov A.A. Assessment of the effect of a constant magnetic field on the luminescence of gallium phosphide crystals [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 5. P. 50–56. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-50-56

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Магнитостимулированная фотолюминесценция монокристаллов фосфида галлия, легированного цинком. Цель работы. Установление зависимости интенсивности люминесценции монокристаллов фосфида галлия, а также определение характерных времен ее релаксации после предварительной экспозиции образцов в постоянном магнитном поле для решения задачи магнитостимулированного управления оптическими свойствами монокристаллов фосфида галлия. Метод. Экспериментальные исследования спектров люминесценции фосфида галлия при комнатной температуре проведены с использованием экспериментальной установки, содержащей спектрофотометр и возбуждающий лазер с длиной волны излучения 405 нм. Магнитная экспозиция образцов осуществлялась в постоянном магнитном поле между полюсами неодимовых магнитов с магнитной индукцией менее 0,8 Тл. Основные результаты. Экспериментально установлено влияние постоянного магнитного поля на спектры люминесценции кристаллов фосфида галлия. Предварительная выдержка образца фосфида галлия, легированного цинком, в постоянном магнитном поле (более 0,5 Тл) приводит к росту интенсивности люминесценции на длине волны 565 нм. Релаксация максимума интенсивности полосы флуоресценции составляет 180 мин. Практическая значимость. Полученные в работе результаты исследований влияния постоянного магнитного поля на спектральные характеристики кристаллов фосфида галлия будут
способствовать разработке эффективных методов модификации электронных свойств монослоя фосфида галлия, что позволит создавать новые многофункциональные материалы для оптоэлектронных применений.

Ключевые слова:

фосфид галлия, постоянное магнитное поле, люминесценция, релаксация, синглетное и триплетное состояния, интеркомбинационная конверсия

Благодарность:

работа поддержана в рамках государственного задания Минобрнауки России (проект № FZRR-2023-0009) Московскому политехническому университету

Коды OCIS: 160.4760, 160.2540, 260.3800

Список источников:

1. da Silva Barboza E., Cruz K.L.M., Ferreira R.S., et al. Stability and optoelectronic properties of two-dimensional gallium phosphide // ACS Omega. 2024. V. 9. № 33. P. 35666. https://doi.org/10.1021/acsomega. 4c03861
2. Choi Y., Choi Ch., Bae J., et al. Synthesis of gallium phosphide quantum dots with high photoluminescence quantum yield and their application as color converters for LEDs // J. Industrial and Eng. Chem. 2023. V. 123. P. 509–516. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2023.04.005

3. Aparna A.R., Brahmajirao V., Karthikeyan T.V. Review on synthesis and characterization of gallium phosphide // Proc. Mater. Sci. 2014. V. 6. P. 1650–1657. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.150
4. Dvoretckaia L.N., Fedorov V.V., Pavlov A.V., et al. Selective area epitaxy of gallium phosphide-based nanostructures on microsphere lithography-patterned Si wafers for visible light optoelectronics // Mater. Res. Bulletin. 2025. V. 182. P. 113126 https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2024.113126
5. Assali A., Fares K., Zou Q., et al. Optical characteristics of dilute gallium phosphide bismide: Promising material for near-infra photonic device applications // Phys. Lett. A. 2020. V. 384. № 6. P. 126147. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2019.126147
6. Xue P., Wang Y., Tikhonov E. Exploring the stable structures and photovoltaic properties of an ideal pseudo-binary alloy: Indium gallium phosphide // Computational Mater. Sci. 2022. V. 209. P. 111351. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2022.111351
7. Belacel R., Djoudi L., Merabet M., et al. Investigation on structural, electronic, optical and elastic properties of thallium phosphide and gallium phosphide binary compounds and their ternary alloys and superlattices // Computational Condensed Matter. 2018. V. 17. P. e00344. https://doi.org/10.1016/j.cocom.2018.e00344
8. Vu T.V., Guerrero-Sanchez J., Hoat D.M. Engineering the half-metallic and magnetic semiconductor natures in gallium phosphide monolayer towards spintronic applications // Chem. Phys. 2024. V. 582. P. 112297. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2024.112297
9. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В. и др. Физическая кинетика движения дислокаций вне магнитных кристаллах: взгляд через магнитное окно // УФН. 2017. Т. 187. № 3. С. 327–341. https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.07.037869
Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., et al. Dislocation kinetics in nonmagnetic crystals: A look through a magnetic window // Physics-Uspekhi. 2017. V. 187. № 3. P. 327–341. https://doi.org/10.3367/ufne.2016.07.037869
10. Моргунов Р.Б. Спиновая микромеханика в физике пластичности // УФН. 2004. Т. 174. № 2. С. 131–153.
https://doi.org/10.3367/UFNr.0174.200402c.0131
Morgunov R.B. Spin micromechanics in the physics of plasticity // Physics-Uspekhi. 2004. V. 47. № 2. P. 131–153. https://doi.org/10.1070/pu2004v047n02abeh001683
11. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел (обзор) // ФТТ. 2004. Т. 46. № 5. С. 769–803.
Golovin Yu.I. Magnetoplastic effects in solids // Physics of the Solid State. 2004. V. 46. № 5. P. 789–824. https://doi.org/10.1134/1.1744954
12. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б., Баскаков А.А. и др. Влияние магнитного поля на интенсивность электролюминесценции монокристаллов ZnS // ФТТ. 1999. Т. 41. № 11. С. 1944–1947.
Golovin Y.I., Morgunov R.B., Baskakov A.A., et al. Effect of a magnetic field on the electroluminescence intensity of single-crystal ZnS // Physics of the Solid State. 1999. V. 41. № 11. P. 1783–1785. https://doi.org/10.1134/1.1131097
13. Pyshkin S., Ballato J., Bass M., et al. Luminescence of long-term ordered pure and doped gallium phosphide // J. Electronic Mater. 2008. V. 37. P. 388–395. https://doi.org/10.1007/s11664-007-0375-2
14. Волкова Л.В., Каленков С.Г., Скворцова А.А. и др. Влияние внешнего магнитного поля на люминесценцию кристаллов фосфида галлия // Письма в ЖТФ. 2025. В печати.
Volkova L.V., Kalenkov S.G., Skvortsova A.A., et al. The effect of an external magnetic field on the luminescence of gallium phosphide crystals // Technical Physics Letters. 2025. Inprint.
15. Юнович А.Э. Дивакансии азота — возможная причина желтой полосы в спектрах люминесценции нитрида галлия // Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32. № 10. С. 1181–1183.
Yunovich A.E. Nitrogen divacancies — The possible cause of the “yellow band” in the luminescence spectra of GaN // Semiconductors. 1998. V. 32. P. 1054–1056. https://doi.org/10.1134/1.1187564
16. Shirasaki Y., Supran G., Bawendi M., et al. Emergence of colloidal quantum-dot light-emitting technologies. // Nature Photon. 2013. V. 7. P. 13–23. https://doi.org/10.1038/nphoton.2012.328