ПРОСТОРОВІ СТРУКТУРИ ЕКСИТОННИХ ФАЗ ПРИ ЛАЗЕРНІЙ НАКАЧЦІ
У КВАНТОВИХ ЯМАХ НАПІВПРОВІДНИКІВ У ВИПАДКУ ЕЛЕКТРОДІВ
РІЗНИХ ФОРМ

 

І.Ю. Голіней, В.Й. Сугаков, В.В. Томилко, А.А. Чернюк

 

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ

 

Напівпровідникові системи із пастками різної природи у квантових ямах активно вивчаються експериментально у сильних електричних полях. Зокрема, нещодавно було створено екситонний оптоелектричний транзистор [1] на базі систем із квантовими ямами.

Предметом дослідження даної роботи є конденсація непрямих екситонів, захоплених під металевими електродами різної форми. У моделі вважається, що конденсація виникає не в імпульсному просторі (не є конденсацією Бозе-Ейнштейна), а в координатному просторі. Утворення конденсованої фази пов’язане з притяганням між екситонами, обумовленим обмінною взаємодією та взаємодією Ван дер Ваальса, які за певних умов перевищують диполь-дипольне відштовхування, характерне для непрямих екситонів, орієнтованих в зовнішньому електричному полі. Скінчений час життя приводить до того, що в області співіснування конденсованої і газової фаз, розміри конденсованої фази обмежені та існує сильна кореляція у відносному положенні конденсованих і газових фаз. Теорія застосовувалась в моделях Ліфшиця-Слезова та Кана-Хілерта, узагальнених на випадок скінченого часу життя частинок. Теорія пояснила низку дослідів (див. роботу [2] і приведені там посилання).

У даній роботі нами проведено чисельний розрахунок потенціалу системи із металевими електродом скінченного розміру –  формі диску, прямокутника або трикутника [3]. Поблизу границі електрода, до якого прикладено потенціал, внаслідок накопичення заряду та його перерозподілу, створюється потенціальна макроскопічна пастка для екситона. Мінімум потенціальної енергії екситона знаходиться поблизу країв електрода, відповідно, в околі цих областей формуються високі густини довгоживучих екситонів при низьких температурах [3]. Конденсована фаза з’являється при запорогових накачках, і набуває форми острівців у 2D-системі. Регулюючи положення квантових ям до електрода, можна керувати глибиною і розмірами пастки. Пастками захоплюються виключно екситони.

Завдяки створеному електричному потенціалу спеціального виду, системи з провідними електродами різної форми дозволяють керувати конденсованими фазами екситонів у напівпровідникових квантових ямах, що може бути важливо для оптоелектроніки.

 

1.  G. Grosso, J. Graves, A.T. Hammack, A.A. High et al., Nature Photonics 3, 577 (2009).

2.  A.A. Chernyuk, V.I. Sugakov, V.V. Tomylko // Journ. of Physics: Condens. Matter. – 2013. – 24. – P.195803.

3.      V.V. Tomylko, I.Yu. Goliney, A.A. Chernyuk, V.I. Sugakov // Low Temperature Physics (подано до друку).