Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Когерентные оптические свойства экситонов в полупроводниках

Работа №126679

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

физика

Объем работы21
Год сдачи2023
Стоимость4995 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
32
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 2
2. Литературный обзор 3
2.1. Экситон 3
2.2. Галогенидные перовскиты 4
2.3. Фотонное эхо 5
2.4. Поляриметрия фотонного эха 6
3. Эксперимент 10
3.1. Образец 10
3.2. Экспериментальная установка 10
3.3. Параметры детектирования 11
3.4. Анализ данных 12
4. Выводы 16
5. Благодарности 17
Список литературы 18

В настоящее время существует необходимость в поиске новых материалов для создания квантовых логических элементов, позволяющих реализовывать обработку ин-формации с помощью световых сигналов. Вычислительные машины, основанные на электрических импульсах, приближаются к пределу своих возможностей. Обработка информации чисто оптическим способом является одной из наиболее многообещающих альтернатив современной кремниевой электронике. Среди преимуществ использования света в обработке информации следует отметить наличие больших степеней свободы, возможность распространения света без проводников и отсутствие изменения свойств световых пучков при перекрытии. Одним из оптических явлений, которое может лечь в основу квантовых логических элементов, является фотонное эхо. Эксперименты по фотонному эху открывают перспективные возможности для создания оптической памяти [1]. Фотонное эхо широко исследовано в эпитаксиальных структурах, однако в последние годы внимание привлёк к себе класс галогенидных перовскитов. Этот материал обладает свойствами, близкими к эпитаксиальным структурам, но проще и дешевле в получении. В настоящей работе изучается характер когерентной динамики методом четырехволнового смешения и фотонного эха от экситонов в монокристалле галогенидного перовскита MAPbI3(MA+ = CH3NH+).
Результаты, полученные в ходе настоящей работы, прошли апробацию на конференциях «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и нано-электроника», «Всероссийская научно-практическая конференция им. Жореса Алфёрова», а также легли в основу статьи «Photon echo from free excitons in a CH3NH3PbI3 halide perovskite single crystal» (DOI: 10.1103/PhysRevB.105.245202).


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Представленная работа демонстрирует возможность наблюдения спонтанного (двухимпульсного) ФЭ в монокристалле галогенидного перовскита. ФЭ-спектроскопия и поляриметрия доказывают свободное экситонное происхождение наблюдаемого резонанса. Обнаруженное в материале время дефазировки 8 пс и слабо выраженного эффекта дефазировки, вызванной возбуждением, позволяет предположить, что галогенидные перовскиты являются перспективным материалом для элементов оптической памяти в области информационной фотоники.


[1] Access to long-term optical memories using photon echoes retrieved from semiconductor spins / L. Langer, S. V. Poltavtsev, I. A. Yugova [и др.] // Nature Photonics. 2014. Т. 8.
[2] Difference in the behavior of the photon echo of excitons in InGaAs/GaAs quantum wells from the predictions of the model of two-level system ensemble /II Yanibekov, I A Solovev, S A Eliseev [и др.] // Journal of Physics: Conference Series. 2020. . Т. 1482, № 1. с. 012020. URL: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1482/V012020.
[3] Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells / Akihiro Kojima, Kenjiro Teshima, Yasuo Shirai [и др.] // Journal of the American Chemical Society. 2009. . Т. 131, № 17. С. 6050-6051. URL: https://doi.org/10.1021/ja809598r.
[4] Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites / Michael M. Lee, Jodl Teuscher, Tsutomu Miyasaka [и др.] // Science. 2012. . Т. 338, № 6107. С. 643-647. URL: https://doi.org/10.1126/science.1228604.
[5] Lead Iodide Perovskite Sensitized All-Solid-State Submicron Thin Film Mesoscopic Solar Cell with Efficiency Exceeding 9% / Hui-Seon Kim, Chang-Ryul Lee, Jeong-Hyeok Im [и др.] // Scientific Reports. 2012. . Т. 2, № 1. URL: https://doi.org/10.1038/srep00591.
[6] Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells / Akihiro Kojima, Kenjiro Teshima, Yasuo Shirai [и др.] // Journal of the American Chemical Society. 2009. . Т. 131, № 17. С. 6050-6051. URL: https://doi.org/10.1021/ja809598r.
[7] Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites / Michael M. Lee, Jodl Teuscher, Tsutomu Miyasaka [и др.] // Science. 2012. . Т. 338, № 6107. С. 643-647. URL: https://doi.org/10.1126/science.1228604.
[8] Lead Iodide Perovskite Sensitized All-Solid-State Submicron Thin Film Mesoscopic Solar Cell with Efficiency Exceeding 9% / Hui-Seon Kim, Chang-Ryul Lee, Jeong-Hyeok Im [и др.] // Scientific Reports. 2012. . Т. 2, № 1. URL: https://doi.org/10.1038/srep00591.
[9] Kang Jun, Wang Lin-Wang. High Defect Tolerance in Lead Halide Perovskite CsPbBrsub3/sub // The Journal of Physical Chemistry Letters. 2017. . Т. 8, № 2. С. 489-493. URL: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b02800.
[10] Defect Tolerance in Methylammonium Lead Triiodide Perovskite / K. Xerxes Steirer, Philip Schulz, Glenn Teeter [и др.] // ACS Energy Letters. 2016. . Т. 1, № 2. С. 360-366. URL: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6b00196.
[11] Loi Maria Antonietta, Hummelen Jan C. Perovskites under the Sun //
Nature Materials. 2013. . Т. 12, № 12. С. 1087-1089. URL:
https://doi.org/10.1038/nmat3815.
[12] Magnetoabsorption of the lowest exciton in perovskite-type compound (CH3NH3)PbI3 / M. Hirasawa, T. Ishihara, T. Goto [и др.] // Physica B: Condensed Matter. 1994. . Т. 201. С. 427-430. URL: https://doi.org/10.1016/0921- 4526(94)91130-4.
[13] Ishihara Teruya. Optical properties of Pbl-based perovskite structures // Journal of Luminescence. 1994. . Т. 60-61. С. 269-274. URL: https://doi.org/10.1016/0022- 2313(94)90145-7.
[14] Kitazawa N., Watanabe Y., Nakamura Y. // Journal of Materials Science. 2002. Т. 37, № 17. С. 3585-3587. URL: https://doi.org/10.1023/a:1016584519829.
[15] Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber / Samuel D. Stranks, Giles E. Eperon, Giulia Grancini [и др.] // Science. 2013. . Т. 342, № 6156. С. 341-344. URL: https://doi.org/10.1126/science.1243982.
[16] Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH sub3/sub NH sub3/sub PbI sub3/sub / Guichuan Xing, Nripan Mathews, Shuangyong Sun [и др.] // Science. 2013. . Т. 342, № 6156. С. 344-347. URL: https://doi.org/10.1126/science.1243167.
[17] Even Jacky, Pedesseau Laurent, Katan Claudine. Analysis of Multivalley and Multibandgap Absorption and Enhancement of Free Carriers Related to Exciton Screening in Hybrid Perovskites // The Journal of Physical Chemistry C. 2014. . Т. 118, № 22. С. 11566-11572. URL: https://doi.org/10.1021/jp503337a.
[18] Narrow Linewidth Excitonic Emission in Organic-Inorganic Lead Iodide Perovskite Single Crystals / Hiba Diab, Gadlle Trippe-Allard, Ferdinand Ledee [и др.] // The Journal of Physical Chemistry Letters. 2016. . Т. 7, № 24. С. 5093-5100. URL: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b02261.
[19] Hydrogen-like Wannier-Mott Excitons in Single Crystal of Methylammonium Lead Bromide Perovskite / Jenya Tilchin, Dmitry N. Dirin, Georgy I. Maikov [и др.] // ACS Nano. 2016. . Т. 10, № 6. С. 6363-6371. URL: https://doi.org/10.1021/acsnano.6b02734.
[20] Determination of the exciton binding energy and effective masses for methylammonium and formamidinium lead tri-halide perovskite semiconductors / Krzysztof Galkowski, Anatolie Mitioglu, Atsuhiko Miyata [и др.] // Energy & Environmental Science. 2016. Т. 9, № 3. С. 962-970. URL: https://doi.org/10.1039/c5ee03435c.
[21] Unraveling the Exciton Binding Energy and the Dielectric Constant in Single-Crystal Methylammonium Lead Triiodide Perovskite / Zhuo Yang, Alessandro Surrente, Krzysztof Galkowski [и др.] // The Journal of Physical Chemistry Letters. 2017. . Т. 8, № 8. С. 1851-1855. URL: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b00524.
[22] Impact of the Halide Cage on the Electronic Properties of Fully Inorganic Cesium Lead Halide Perovskites / Z. Yang, A. Surrente, K. Galkowski [и др.] // ACS Energy Letters. 2017. . Т. 2, № 7. С. 1621-1627. URL: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00416.
[23] Simultaneous observation of free and defect-bound excitons in CH3NH3PbI3 using four-wave mixing spectroscopy / Samuel A. March, Charlotte Clegg, Drew B. Riley [и др.] // Scientific Reports. 2016. . Т. 6, № 1. URL: https://doi.org/10.1038/srep39139.
[24] Four-Wave Mixing in Perovskite Photovoltaic Materials Reveals Long Dephasing Times and Weaker Many-Body Interactions than GaAs / Samuel A. March, Drew B. Riley, Charlotte Clegg [и др.] // ACS Photonics. 2017. . Т. 4, № 6. С. 1515-1521. URL: https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b00282.
[25] Ultrafast acoustic phonon scattering in CHsub3/subNHsub3/subPbIsub3/sub revealed by femtosecond four-wave mixing / Samuel A. March, Drew B. Riley, Charlotte Clegg [и др.] // The Journal of Chemical Physics. 2019. . Т. 151, № 14. с. 144702. URL: https://doi.org/10.1063/L5120385.
[26] Dephasing and Quantum Beating of Excitons in Methylammonium Lead Iodide Perovskite Nanoplatelets / Bernhard J. Bohn, Thomas Simon, Moritz Gramlich [и др.] // ACS Photonics. 2017. . Т. 5, № 2. С. 648-654. URL: https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b01292.
[27] Resonant third-order optical nonlinearity in the layered perovskite-type material (C6H13NH3)2PbI4 / Takashi Kondo, Satoshi Iwamoto, Shigenori Hayase [и др.] // Solid State Communications. 1998. . Т. 105, № 8. С. 503-506. URL: https://doi.org/10.1016/s0038-1098(97)10166-1.
[28] Time-to-space conversion of Tbits/s optical pulses using a self-organized quantum-well material / Junko Ishi, Hideyuki Kunugita, Kazuhiro Ema [и др.] // Applied Physics Letters. 2000. . Т. 77, № 22. С. 3487-3489. URL: https://doi.org/10.1063/1.1328365.
[29] Influence of exciton-exciton interactions on frequency-mixing signals in
a stable exciton-biexciton system / Junko Ishi, Hideyuki Kunugita, Kazuhiro Ema [и др.] // Physical Review B. 2001. . Т. 63, № 7. URL:
https://doi.org/10.1103/physrevb.63.073303.
[30] Photon Echo Polarimetry of Excitons and Biexcitons in a CHsub3/subNHsub3/subPbIsub3/sub Perovskite Single Crystal / Artur V. Trifonov, Stefan Grisard, Alexander N. Kosarev [и др.] // ACS Photonics. 2022. . Т. 9, № 2. С. 621-629. URL: https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01603.
[31] Kurnit N. A., Abella I. D., Hartmann S. R. Observation of a photon echo // Physical Review Letters. 1964. Т. 13.
[32] Patel C. K.N., Slusher R. E. Photon echoes in gases // Physical Review Letters. 1968. Т. 20.
[33] Intrinsic homogeneous linewidth and broadening mechanisms of excitons in monolayer transition metal dichalcogenides / Galan Moody, Chandriker Kavir Dass, Kai Hao [и др.] // Nature Communications. 2015. Т. 6.
[34] Hydrogen-like Wannier-Mott Excitons in Single Crystal of Methylammonium Lead Bromide Perovskite / Jenya Tilchin, Dmitry N. Dirin, Georgy I. Maikov [и др.] // ACS Nano. 2016. Т. 10.
[35] Polarimetry of photon echo on charged and neutral excitons in semiconductor quantum wells / S. V. Poltavtsev, Yu V. Kapitonov, I. A. Yugova [и др.] // Scientific Reports. 2019. Т. 9.
[36] Photoluminescence Excitation Spectroscopy of Defect-Related States in MAPbI sub3/sub Perovskite Single Crystals / Aleksei O. Murzin, Nikita I. Selivanov, Vadim O. Kozlov [и др.] // Advanced Optical Materials. 2020. . Т. 9, № 18. с. 2001327. URL: https://doi.org/10.1002/adom.202001327.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.