Поведение квантово-размерных наноструктур в электрическом и магнитном полях - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наукОпределить электронные и экситонные спектры индивидуальных нанообъектов, в частности, квантовых точек, квантовых ям, в зависимости от их размеров, формы, свойств материала, внешних полей. Исследовать взаимодействие двумерных экситонов с фотонами с возможным образованием поляритонов в структурах с одной и несколькими квантовыми ямами и квантовыми точками, встроенными в микрорезонатор, определить влияние параметров системы и внешнего магнитного поля на образование поляритонов и их характеристики (спектр и законы дисперсии). На основании расчетов энергетических спектров и волновых функций квантовых точек определены условия квантовой «кристаллизации» и выявлено, что управляющими параметрами для энергетического спектра являются крутизна удерживающего потенциала и величина магнитного поля, а для волновых функций - только эффективная крутизна удерживающего потенциала в магнитном поле. Различными методами определены энергии основного состояния, энергетические спектры, волновые функции «вертикально» и «горизонтально» расположенной пары взаимодействующих квантовых точек («молекулы» из квантовых точек) и проанализирована эволюция спектра системы с ростом крутизны удерживающего потенциала и / или величины магнитного поля и / или расстояния между центрами квантовых точек от двухэлектронной квантовой точки через систему двух параболических квантовых ям с сильно взаимодействующими (в «горизонтальной молекуле» - коллективизированными) электронами к двум отдельным квантовым точкам. С использованием микроскопического подхода решены следующие задачи: рассчитаны отдельные квантовые точки и системы квантовых точек - «горизонтальные» и «вертикальные» «молекулы», апериодические последовательности квантовых точек, рассчитаны энергетические спектры и электронная корреляция вплоть до установления режима сильной корреляции электронов - квантовая «кристаллизация» электронных кластеров в квантовых точках в магнитном поле; рассмотрены двумерные экситоны с пространственно-разделенными электронами и дырками в связанных квантовых ямах и в связанных квантовых точках в магнитном поле, рассмотрена также задача о пространственно-разделенных электроне и заряженной примеси в связанных квантовых ямах в магнитном поле.Влияние магнитного поля сводится к перенормировке системы собственных энергий (4) и собственных функций (5) c заменой параметра на параметр ?2, характеризующий эффективную крутизну удерживающего потенциала в магнитном поле и увеличивающийся с ростом поля: (8) где - циклотронная частота. Были определены зависимости уровней энергии от параметра крутизны удерживающего потенциала и от величины магнитного поля . Рост как крутизны удерживающего потенциала, так и магнитного поля приводит к увеличению эффективной крутизны удерживающего потенциала в магнитном поле и, соответственно, к уменьшению среднего расстояния между электронами и относительной делокализации электронов. Различными методами (метод Гайтлера-Лондона, метод молекулярных орбиталей, вариационный метод, метод численной диагонализации гамильтониана) определены энергии основного состояния, энергетические спектры, волновые функции «вертикально» и «горизонтально» расположенной пары взаимодействующих КТ («молекулы» из КТ) и проанализирована эволюция спектра системы с ростом крутизны удерживающего потенциала и / или величины магнитного поля и / или расстояния между центрами КТ от двухэлектронной КТ через систему двух параболических квантовых ям с сильно взаимодействующими (в «горизонтальной молекуле» - коллективизированными) электронами к двум отдельным КТ. С ростом магнитного поля растет эффективная крутизна удерживающего потенциала , что приводит к локализации электронов, уменьшает вклад кулоновского взаимодействия электронов при росте величины вклада энергии электронов в потенциальных ямах (энергии основного состояния изолированной КТ).На основании теоретического анализа и компьютерного моделирования квантовых систем пониженной размерности, подвергаемых воздействию электромагнитных полей, определены особенности изменения электронных и оптических свойств: энергетических спектров и законов дисперсии, волновых функций, локализации электронов и экситонов для этих систем, обусловленных величиной полей и структурой системы. Установлены критические значения управляющего параметра - эффективной крутизны удерживающего потенциала в магнитном поле, определяющие влияние внешнего магнитного поля на энергетические спектры и локализацию электронов и экситонов в квантовых точках (отдельных и связанных, а также апериодических последовательностях различного типа, состоящих из квантовых точек). Определены энергии основного состояния, энергетические спектры, волновые функции электронов и экситонов в изолированных и взаимодействующих квантовых точках (парных или периодически либо апериодически расположенных).

Основное содержание