авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Оптико-деформационные свойства объемных и низкоразмерных структур в области экситонных и межзонных резонансов

-- [ Страница 1 ] --

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ С.В.СТАРОДУБЦЕВА

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ

"ФИЗИКА-СОЛНЦЕ" ИМЕНИ С.А.АЗИМОВА

На правах рукописи

УДК 621.315.592

АЮХАНОВ РАШИД АХМЕТОВИЧ


ОПТИКО-ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ОБЪЕМНЫХ И НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР В ОБЛАСТИ ЭКСИТОННЫХ И МЕЖЗОННЫХ РЕЗОНАНСОВ

Специальность 01.04.10 – Физика полупроводников




А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Ташкент - 2010

Работа выполнена в Физико-техническом институте НПО “Физика-Солнце” Академии Наук Республики Узбекистан

Официальные оппоненты: академик Российской Академии Наук доктор физико-

математических наук, профессор Бугаев Александр

Степанович

доктор физико-математических наук, профессор

Шамирзаев Сезгир Хабибуллаевич

доктор физико-математических наук, профессор Гуламов Гафур

Ведущая организация: Ташкентский государственный технический университет.

Защита состоится “____” _______________ 2010 года в ____ часов на заседании

Специализированного совета Д.015.08.01 при Физико-техническом институте НПО “Физика-Солнце” АН РУз по адресу: 100084, Ташкент, ул. Бодомзор йули, 2б.

Тел.: (8-10-99-871) – 233-12-71

Факс: (8-10-99-871) – 235-42-91

E:mail: karimov@uzsci.net

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института НПО “Физика-Солнце” АН РУз.

Автореферат разослан “___”_______________ 2010 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, в двух экземплярах просим отправить по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря Специализированного совета.

Ученый секретарь

Специализированного совета,

д.ф.-м.н., профессор Каримов А.В.

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Оптико-деформационные процессы, то есть явления, возникающие при взаимодействии света (в оптическом диапазоне) со статической или динамической деформацией (звуковая волна – 1-100 Ггц), определяются, главным образом величиной и физическим свойствами коэффициента фотоупругости твердого тела, количественно описывающего связь между диэлектрической проницаемостью и величиной деформации.

В последние десятилетия, в русле общего интереса к нелинейным явлениям, проводились исследования свойств фотоупругости вблизи каких-либо резонансов в твердом теле (зона-зона, примесные резонансы, плазменные и т.д.). При этом оказалось, что в этой частотной области фотоупругость не только значительно усиливается, но и возникают новые, специфические для резонансных областей явления, такие как эффект нелинейной фотоупругости, акустодиэлектрический эффект, возникновение акустической распределенной обратной связи в лазерных кристаллах, появление гигантских осцилляций фотоупругости во внешних квантующих магнитных полях и т.д.



В основе резонансных оптико-деформационных явлений лежит то, что диэлектрическая проницаемость при приближении к резонансу испытывает резкие изменения, и поэтому, если звуковая волна может модулировать энергию резонансных уровней, то модулируется и диэлектрическая проницаемость. Как показывают исследования, весьма слабая звуковая волна способна привести к разнообразным как линейным по амплитуде деформации, так и нелинейным оптико-деформационным явлениям.

В этом свете большой интерес представляют исследования оптико-деформационных явлений в частотной области экситонов Ванье-Мотта. Здесь диэлектрическая проницаемость резко меняется по частоте выше и ниже резонанса, что может привести к существенной модуляции диэлектрической проницаемости звуковой волной небольшой интенсивности. Это в свою очередь, может привести к практическому использованию экситонных резонансов, в частности, в акустооптике.

Технологическая возможность создания структур с пониженной размерностью (то есть наноструктур: сверхрешеток, структур с квантовыми нитями, нульмерных структур) сделала актуальной исследования их деформационно-оптических свойств, тем более, что здесь экситонные резонансы проявляются более ярко и для некоторых материалов могут существовать и при комнатных температурах, а резонансы зона-зона, как по свойствам, так и по величине становятся сравнимы с экситонными.

Возможности криогенной техники, позволяющей опускаться до температур < 1 K, создание источников монохроматического света и звука, высокая частотная разрешимость позволяют учесть воздействие на оптико-деформационные явления экситонных поляритонов, а также влияние образования экситонных комплексов.

Подобное рассмотрение насколько известно не проводилось, как из-за повышенных требований к точности эксперимента, так и первоначального стремления рассматривать чисто фундаментальные свойства экситонных поляритонов и экситонных комплексов. Такое рассмотрение важно для понимания процессов взаимодействия экситонных поляритонов со звуковой волной, создания на основе нанотехнологий новых приборов для управления оптическим излучением, устройств систем обработки информации, представленных в виде акустических сигналов, оптическими методами.

Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что исследование деформационно-оптических взаимодействий в экситонной области спектра, несмотря на затруднения, связанные с использованием предельно низких температур и высокого частотного разрешения, тем не менее, обладают некоторыми специфическими особенностями, актуальными не только с точки зрения научного исследования, но и практических применений.

Степень изученности проблемы. Знание оптико-деформационных свойств материала является необходимым для создания приборов, управляющих электромагнитным излучением. До настоящей работы были хорошо исследованы оптико-деформационные явления в области резонансов зона-зона, внутрипримесных резонансов, плазмонных резонансов и т.д.[1,2].

Подобные исследования для объемных кристаллов были проведены в рамках метода последовательных приближений для слабых деформационных возмущений. Между тем рассмотрение звука средней интенсивности и выше, по-видимому, более предпочтительно для усиления эффектов. Но для рассмотрения подобных процессов метод последовательных приближений неприменим, необходимо создание новой методики расчета.

Акустооптические процессы вблизи экситонных резонансов с учетом поляритонного эффекта ранее вообще не рассматривались. Однако такие исследования актуальны ввиду сильного изменения в этой частотной области оптических констант, в частности коэффициента отражения. Такие изменения коэффициентов отражения могут привести и к дифракционным явлениям, имеющим свою специфику для данной области спектра. Существенное влияние в этой частотной области может оказывать мощная электромагнитная накачка, смещающая уровни, резко меняющая оптические константы, и потому способная управлять оптическим излучением и акустооптическими явлениями.

В такой же, а возможно большей степени восприимчивы к модуляции звуком и мощным светом поверхностные экситонные поляритоны, дисперсионная кривая которых находится внутри поляритонной щели, где диэлектрическая проницаемость отрицательна. Звуковые и световые возмущения могут менять отрицательную диэлектрическую проницаемость очень сильно, что существенно как для управления поверхностными экситонными поляритонами, так и явлений дифракции поверхностных экситонных поляритонов на звуке. Это круг вопросов до начала настоящей работы также оставался совершенно неисследованным.

Открывшаяся в последние десятилетия технологическая возможность создания низкоразмерных структур, в частности сверхрешеток и других объектов нанотехнологий делает необходимым исследование их оптико-деформационных свойств вблизи экситонных резонансов, в том числе с учетом поляритонного эффекта в условиях мощного электромагнитного возмущения, что также ранее не было исследовано.

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР. Основные результаты диссертации выполнены в рамках Государственных грантов фундаментальных исследований Ф-2-1-47 “Исследование процессов самоорганизации, развивающихся в полупроводниках и полупроводниковых структурах в результате термо-, фото- и экситонно-стимулирования дефектообразования при высоких интенсивностях возбуждения” 2003-2007 гг., а также грантов Фонда поддержки фундаментальных исследований АН РУз 21-02 “Теоретические и экспериментальных исследования процессов самоорганизации в полупроводниках с экситонами, локализованными на глубоких примесных центрах” 2002-2003 гг. и 13-06 “Исследования экситонных механизмов возникновения деформационно-оптических свойств сверхрешеток и нульмерных структур” 2006-2007 гг., которого он являлся руководителем.

Цель исследований. Создание теории оптико-деформационного взаимодействия в объемных кристаллах и сверхрешетках с различными типами квантовых ям вблизи экситонных и межзонных резонансов.

Задачи исследования:

-разработка модифицированной теории матрицы плотности для многочастичной задачи с переменным числом квазичастиц;

-расчет коэффициентов фотоупругости для частотной области вблизи экситонных резонансов для квантовых сверхрешеток с прямоугольным и наклонным дном квантовой ямы, в том числе в структурах с пьезоэлектрическими свойствами;

-расчет коэффициентов фотоупругости вблизи резонансов зона-зона, модифицированных в сверхрешетке с наклонным дном квантовой ямы, в том числе и пьезоэлектрических структур;

-исследование воздействия деформации и мощного света на коэффициенты отражения в сверхрешетках при учете поляритонного эффекта;

-исследование дифракционных явлений в сверхрешетках и возможностей управления дифракционной решеткой, созданной звуком, в полупроводниках с помощью мощного света;

-исследование особенностей возбуждения поверхностных экситонных поляритонов на границе зон с различными отрицательными диэлектрическими проницаемостями, одна из которых возбуждается мощной световой накачкой в структурах с различной размерностью.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются объемные и низкоразмерные структуры на основе полупроводниковых кристаллов типа CdS, GaAs, CuCe.

Предметом исследования, проведенного в настоящей диссертации, является всестороннее теоретическое изучение явлений, возникающих при взаимодействии электромагнитных волн на частотах экситонных и межзонных резонансов с динамической или постоянной деформацией в объемных и низкоразмерных структурах. Особое внимание было уделено построению общей теории расчета токов, возбуждаемых электромагнитной волной в среде вблизи экситонных резонансов для переменного числа квазичастиц, вычислениям диэлектрической проницаемости и коэффициента фотоупругости вблизи экситонных резонансов в объемных структурах и сверхрешетках, диэлектрической проницаемости и коэффициента фотоупругости вблизи модифицированных в квантовой яме межзонных переходов, процессам сдвига экситонных уровней и поляритонного спектра звуком и мощным светом, исследованию различных механизмов дифракции объемных и поверхностных электромагнитных волн вблизи экситонных резонансов при учете поляритонного эффекта.

Методы исследования. В работе использованы методы последовательных приближений, теории возмущений, вариационные методы, методика, усовершенствованная Гуляевым и Шкердиным для расчетов дифракции света на звуковой волне, методика Воронко, разработанная для расчетов возбуждения, отражения и преломления поверхностных плазмонных поляритонов (ППП), а также стандартная методика матрицы плотности и впервые разработанная методика матрицы плотности для переменного числа квазичастиц.





Гипотеза исследования. Основана на том, что эффекты фотоупругости вблизи экситонных резонансов проявляются значительно сильнее, чем при других резонансах (межзонных, внутрипримесных и др.), при этом локализация экситонов в низкоразмерных структурах может существенно увеличить диэлектрическую проницаемость и коэффициенты фотоупругости.

Основные положения, выносимые на защиту:

- модифицированный вариант методики матрицы плотности для многочастичной задачи с переменным числом квазичастиц.

- методики расчета индуцированного тока, диэлектрической проницаемости и коэффициента фотоупругости для частот света вблизи экситонных резонансов в объемных кристаллах и сверхрешетках, а также в сверхрешетках вблизи модифицированного в квантовой яме перехода зона-зона.

- эффект существенно нелинейной модуляции диэлектрической проницаемости сверхрешетки звуковой волной относительно небольшой мощности в области экситонных резонансов.

- закономерности зависимости линейных и нелинейных вкладов в фотоупругость, а также резонансной диэлектрической проницаемости от плотности максимальной упаковки экситонов.

- зависимости диэлектрической проницаемости и коэффициента фотоупругости от локализации экситона в квантовой яме.

- зависимости локализации экситона в квантовой яме, а также резонансных диэлектрической проницаемости и коэффициента фотоупругости от наклона дна квантовой ямы в варизонных и электрических квантовых ямах.

- эффект возникновения линейной фотоупругости в сверхрешетках с наклонным дном в пьезоэлектрических сверхрешетках вблизи экситонных резонансов.

- эффект возникновения коэффициента фотоупругости и диэлектрической проницаемости, по величине сравнимых с экситонными для переходов зона-зона, модифицированных в квантовой яме.

- эффект возникновения линейной фотоупругости, по величине сравнимой с вкладом от механизма потенциала деформации в пьезоэлектрических сверхрешетках с наклонным дном вблизи переходов зона-зона, модифицированных в квантовой яме.

- эффект модуляции ветвей экситонных поляритонов низкоразмерных структур звуковой волной, и электромагнитных волн достаточной мощности, а также использование этого эффекта для управления как объемными электромагнитными волнами, так и поверхностными экситонными поляритонами в сверхрешетках.

- эффект возникновения чрезвычайно контрастной дифракционной решетки в результате эффективной модуляции коэффициента отражения в области поляритонной щели.

Научная новизна работы:

- усовершенствован метод матрицы плотности для систем с переменным числом квазичастиц и разработана методика расчета индуцированного тока, диэлектрической проницаемости и коэффициента фотоупругости для частот света вблизи экситонных резонансов и модифицированных межзонных резонансов в объемных кристаллах и сверхрешетках.

- впервые показано, что звуковая волна относительно небольшой мощности в области экситонных резонансов может существенно нелинейно модулировать диэлектрическую проницаемость сверхрешетки, при этом величины нелинейных коэффициентов фотоупругости могут достигать больших значений, чем в объемных кристаллах.

- установлено, что величина линейных и нелинейных вкладов в фотоупругость и резонансная диэлектрическая проницаемость существенным образом зависят от плотности максимальной упаковки экситонов как в сверхрешетках, так и в объемных кристаллах.

- впервые показано, что локализация экситона в квантовой яме приводит к сущест- венному увеличению диэлектрической проницаемости и коэффициента фотоупругости вблизи экситонных резонансов, при этом наклон дна квантовой ямы существенно влияет на плотность максимальной упаковки экситонов.

- предсказано новое явление возникновения линейной фотоупругости в пьезоэлект- рических сверхрешетках с наклонным дном вблизи экситонных, межзонных резонансов, а также вблизи экситонных резонансов в объемном кристалле при воздействии электрического поля.

- предсказано новое явление модуляции ветвей экситонных поляритонов деформа- цией и электромагнитной волной достаточной мощности, которые может быть использовано для управления как пробным объемным электромагнитным лучом, так и поверхностными экситонными поляритонами в низкоразмерных структурах.

- предсказано новое явление - возникновение сильно контрастной дифракционной решетки, возникающей благодаря эффективной модуляции коэффициента отражения в области поляритонной щели.

- установлено новое свойство структур металл-сверхрешетка-металл, основанное на том, что пересечение дисперсионных ветвей поверхностных экситонных поляритонов в сверхрешетках и поверхностных плазмонных поляритонов в металле позволяет осуществлять дифракцию поверхностных экситонных поляритонов на звуковой волне, подобную дифракции объемного света.

Научная и практическая значимость результатов исследования. Научная значимость исследования заключается в построении общей теории оптико-деформационных свойств объемных и низкоразмерных структур для частотной области экситонных и межзонных резонансов и получении комплексной информации о новых физических эффектах, возникающих в таких структурах, в том числе при учете поляритонного эффектах. Результаты исследования расширяют круг знаний о чувствительности оптических параметров полупроводниковых кристаллов к деформационному возмущению. На основе этих эффектов могут быть созданы новые типы акустооптических устройств, работающие в частотной области экситонных и межзонных резонансов и обладающие значительно меньшей управляющей мощностью и большей чувствительностью к внешнему звуковому сигналу, то есть более технологичные, чем ныне используемые.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы могут использоваться при разработке нового типа приборов для быстродействующего, немеханического и неконтактного управления оптическим излучением (дефлекторов, модуляторов, акустооптических фильтров и др.), а также при чтении спецкурсов на кафедрах нанотехнологий в ВУЗах.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.