ПОГЛИНАННЯ СВІТЛА МАЛИМИ КВАНТОВИМИ ТОЧКАМИ CdS

V. I. Boichuk, R. Ya. Leshko, D. S. Karpyn

Анотація


Метою роботи було проаналізувати умови виникнення поверхневих станів, що зумовлені поляризаційною пасткою, і визначити вплив цих станів на поглинання світла. Саме тому було визначено енергію поверхневих станів, що зумовлені поляризаційними зарядами, які виникають на гетеромежах. Для обчислень взято до уваги дві моделі: з урахуванням поверхневого перехідного шару і з його відсутністю. В обох випадках доведено існування поляризаційної пастки, куди можуть потрапляти електрони у випадку малих розмірів квантових точок.

Обчислено енергетичний спектр поверхневих станів варіаційним методом Рітца. Проведено порівняння енергії цих станів із енергією внутрішніх станів, які визначено точно з використання методу ефективної маси в рамках моделі прямокутних потенціальних ям і бар’єрів. Це дало змогу зробити висновок, що для реальних розмірів квантових точок основний стан електрона є завжди у внутрішніх станах КТ (у поверхневі стани не переходить). Збуджених станів це не стосується. Встановлено залежність енергії поверхневих станів від розмірів квантової точки. Відповідна енергія цих станів збільшується при зменшенні розмірів квантової точки. Це зумовлено залежністю глибини поляризаційної пастки від розмірів.

Обчислено матричні елементи дипольного моменту міжрівневих переходів у поверхневі стани. Обчислено коефіцієнт поглинання світла, що зумовлений міжрівневими переходами, як функцію частоти електромагнітної хвилі. У кінцевій формулі коефіцієнта поглинання враховано розподіл квантових точок за розмірами. Показано, що смуги поглинання, які зумовлені переходами електрона у поверхневі стани є набагато меншими, ніж смуги поглинання, що зумовлені переходами між внутрішніми станами.


Ключові слова


поляризаційна пастка; квантова точка; поверхневі стани

Повний текст:

PDF

Посилання


A. I. Ekimov, A. A. Onuschenko. The quantum size effect in three-dimensional semiconductor microcrystals // JETP Letters. 34 (6), pp. 363-366 (1981).

Al. L. Efros, A. L. Efros. The interband absorption of light in the semiconductor layer // FTP. 16(7), pp. 1209-1214 (1982).

Y. Кayanuma. Quantum-size-effects of interaction electrons and holes in semiconductor microcrystals with spherical shape // Phys. Rev. B. 38(14), pp 9797-9805 (1989).

P. Nandakumar and C. Vijayan, Y. V. G. S Murti. Optical absorption and photoluminescence studies an CdS quantum dots in Nafion. // J. of Appl. Phys. 91(3), pp. 1509-1514 (2002).

D. O. Demchenko and Lin-Wang Wang. Optical transitions and nature of Stokes shift in spherical CdS quantum dots // arXiv:condmat/0603563v1

[cond-mat. mtrl-sci] (2006).

V. M. Skobeeva, V. A. Smyntyna, O. I. Sviridov, D. Struts, A. V. Tyurin. Optical properties of cadmium sulfide nanocrystals produced by sol-gel method in gelatin // Journal of Applied Spectroscopy. 75 (4), pp. 556-562 (2008).

V. A. Smyntyna, V. M. Skobeeva, N. V. Malushin. Fluorescent properties of cadmium sulfide nanocrystals doped with atoms of lithium and aluminum // Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2 (8), p. 55 (2011).

V. Smyntyna, V. Skobeeva, N. Malushin. The nature of emission centers in CdS nanocrystals // Radiation Measurements. 42. – p. 693-696 (2007).

V. I. Fediv, G. Yu. Rudko, A. I. Savchuk, E. G. Gule, A. G. Voloshchuk. Synthesis route and optical characterization of CdS:Mn / polyvinyl alcohol nanocomposite // Semiconductor physics, quantum electronics and photoelectronics. 15 (2), pp. 117-123 (2012).

D. V. Korbutyak, S. V. Tokarev, S. І. Budzulyak, S. A. Couric, V. P. Kladko, J. O. Polishchuk, O. M. Shevchuk, G. A. Іlchuk, V. S. Tokarev. Optical and structural characteristics of the defective nanocrystals CdS: Cu and CdS: Zn, synthesized polymer matrix // Phys. and Chem. of Solid State. 14 (1), pp. 222-227 (2013).

D. V. Korbutyak, A. V. Kovalenko, S. I. Budzulyak and others. Light-emitting properties of quantum dot semiconductor compounds A2 B6. // UJP. 7 (1), pp. 48-95 (2012).

M. Romcevic, N. Romcevic, R. Kostic, and other. Photoluminescence of highly doped Cd1xMnx S nanocrystals // J. of Alloys and Compounds. 497, pp. 46-54 (2010).

V. I. Boichuk, R. Yu. Kubay, I. V. Bilynskyi. Influence of the image potential on the energy spectrum of electron in complex spherical microcrystal CdS/beta-HgS/H2O // JPS. 3(2), pp. 187-191 (1999).

V. I. Boichuk, R. Yu. Kubay. Effects of the intermediate layer with a variable dielectric constant of the coordinate on the ground state energy of electrons in the spherical complex nanoheterosystems // FTT. 43(2), pp. 226-232 (2001).

V. I. Boichuk, I. V. Bilynskyi, R. Ya. Leshko [and other]. The effect of the polarization charges on the optical properties of a spherical quantum dot with an off-central hydrogenic impurity // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 45(2), pp. 476–482 (2011).

V. I. Boichuk, I. V. Bilynskyi, R. Ya. Leshko [and other]. Optical properties of a spherical quantum dot with two ions of hydrogenic impurity // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 54, pp. 281–287 (2013).

M. R. K. Vahdani, and G. Rezaei. Linear and nonlinear optical properties of a hydrogenic donor in lens-shaped quantum dots // Physics Letters A. 373(34), pp. 3079–3084 (2009).

G. Rezaei, M. R. K. Vahdani, and B. Vaseghi. Nonlinear optical properties of a hydrogenic impurity in an ellipsoidal finite potential quantum dot // Current Applied Physics. 11(2), pp. 176–181 (2011).

C. L. Tang, Fundamentals of Quantum Mechanics for Solid State Electronics and Optics, Cambridge University Press, Cambridge, 2005.

N. V. Tkach, Yu. A. Seti. Svoystva elektronnogo spektra v dvukhyamnoy zakrytoy sfericheskoy kvantovoy tochke i ego evolyutsiya pri izmenenii tolshchiny vneshney yamy // FTP. – 2006. – t. 40, No 6. – s. 1111-1119 (in Russian).




DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2017.1.96434

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2017 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)