Введение
Глава 1. Спонтанное фотонное эхо и энергетическая структура полупроводниковых
наноструктур
1.1 Фотонное эхо
1.2 Тонкая структура носителей в квантовых ямах и квантовых точках.
1.2.1 Оптические и спиновые свойства полупроводниковых наноструктур
1.2.2 Полупроводниковые наноструктуры с резидентными электронами
1.2.3 Энергетическая структура экситона и триона
Глава 2. Моделирование спонтанного фотонного эха от ансамбля экситонов................. 15
2.1 Моделируемый эксперимент
2.1.1 Образец
2.1.2 Экспериментальная методика
2.2 Теоретическая модель
2.3 Решение задачи
2.3.1 Смоделированный сигнал спонтанного фотонного эха от ансамбля экситонов......... 21
2.3.2 Сигнал спонтанного фотонного эха от ансамбля трионов
2.4 Сравнение результатов расчёта с экспериментальными данными
Заключение
Список используемых источников
В настоящее время активно изучается возможность использования полупроводниковых наноструктур для хранения оптической информации. Такая возможность может иметь важные приложения для классических и квантовых коммуникаций.
Манипуляции с информацией об оптическом возбуждении полупроводниковой наногетероструктуры можно разделить на 3 части: запись, хранение и считывание. Процесс возбуждения наноструктуры можно условно назвать записью информации, процесс получения информации о состоянии системы (снятие спектра поглощения, отражения или pump-probe экспериментами) – считыванием оптической информации, а время между возбуждением и считыванием – временем хранения информации об оптическом возбуждении.
Высокая эффективность взаимодействия полупроводниковых низкоразмерных систем со светом [1,2] может обеспечить запись и чтение информации оптическим возбуждением на
ременах порядка субпикосекунд, но хранение оптической когерентности осложнено
коротким временем жизни оптических возбуждений в полупроводниках и неоднородным уширением оптических переходов за счёт неидеальной гладкости интерфейсов квантовых ям и разброса по размерам квантовых точек. Однако, как показывают исследования трионной системы в квантовых ямах (Cd,Mg)Te [3], использование техники четырёхволнового смешения и фотонного эха позволяет обойти это ограничение перенесением информации о возбуждении в спиновую систему, где она может сохраняться значительно дольше времени жизни оптического возбуждения. Приложение внешнего магнитного поля позволяет управлять амплитудой сигнала фотонного эха [1,3]. Поэтому представлялось особенноперспективным применение разработанной методики для объектов, в которых процессы спиновой релаксации достаточно медленные – квантовых точек.
Были проведены эксперименты на квантовых точках (In,Ga)As, и оказалось, что полученные зависимости выглядят сложнее, чем для уже исследованной системы трионов в квантовых ямах (Cd,Mg)Te. Вероятно, это связано с тем, что в квантовых точках (In,Ga)As сигналы от экситонов в нейтральных квантовых точках и трионов в заряженных квантовых точках спектрально перекрываются. Поэтому для объяснения экспериментальных закономерностей необходимо разработать соответствующую теорию. Теория для трионов была представлена в работе [3]. Задачей моей магистерской работы являлось построение теоретической модели, описывающей фотонное эхо от экситонной системы в ансамбле квантовых точек (In,Ga)As.
В настоящей работе произведено теоретическое моделирование сигнала спонтанного фотонного эха (двухимпульсная схема) для случая резонансной оптической генерации экситонов в наногетероструктуре с квантовыми точками (In,Ga)As в разных поляризационных конфигурациях оптического возбуждения в магнитном поле. Кроме этого, для анализа суммарного сигнала спонтанного эха от экситонной и трионной систем рассчитан сигнал для трионов в разных поляризационных конфигурациях с использованием уже разработанной теория из работы [3].
Решение задачи настоящей работы основано на учёте правил отбора при оптическом возбуждении экситонов в наноструктурах и влияния внешнего магнитного поля, которое смешивает оптически разрешённые и запрещённые переходы в экситонной системе квантовых точек GaAs/InGaAs. В теоретически моделируемом мной эксперименте предполагается, что используется техника четырёхволнового смешения для измерения сигнала спонтанного фотонного эха с различными поляризационными конфигурациями возбуждения и детектирования
В настоящей работе была построена модель, описывающая сигнал спонтанного фотонного эха от ансамбля экситонов в магнитном поле. Была проанализирована зависимость сигнала спонтанного фотонного эха от времени задержки между возбуждающими импульсами в различных поляризационных конфигурациях возбуждения и детектирования. Была показана возможность экспериментального разделения сигналов от экситонов и трионов в квантовых точках (In,Ga)As выбором поляризационного протокола.
