Екситон з переносом заряда у гетероструктурах Ge/Si з квантовими точками германію (міні-огляд)
Анотація
Показано, що тунелювання електронів через потенційний бар'єр, що розділяє дві квантові точки германію, призводить до розщеплення електронних станів, локалізованих на сферичних поверхнях розділу (квантова точка – кремнієва матриця). Отримано залежність значень розщеплення електронних рівнів від параметрів наносистеми (радіуса квантової точки германію, а також відстані D між поверхнями квантових точок). Показано, що розщеплення електронних рівнів у ланцюжку квантової точки германію призводить до появи зони локалізованих електронних станів, яка розташована в забороненій зоні кремнієвої матриці. Було виявлено, що рух екситона з переносом заряда вздовж ланцюжка квантових точок германію викликає збільшення фотопровідності в наносистемах. Ефект збільшення фотопровідності може зробити значний внесок у процес перетворення енергії оптичного діапазону у фотосинтезуючих наносистемах. Було показано, що, змінюючи параметри гетероструктур Ge/Si з квантовими точками германію (радіуси квантової точки германію, а також відстань D між поверхнями квантових точок), можна варіювати положення та ширину зон локалізованих електронних станів. Остання обставина відкриває нові можливості у використанні таких наногетероструктур як нових конструкційних матеріалів для створення нової нанооптоелектроніки та нанофотосинтезуючих пристроїв інфрачервоного діапазону.
Посилання
Yakimov A. I. Dvurechensky A. V., Nikiforov A. I. Spatial separation of electrons and holes of quantum dots Ge/Si. J. Exp. Theor. Phys. Lett. 2001. 73: 529. https://doi.org/10.1134/1.1387520
Yakimov A. I., Dvurechensky A. V., Nikiforov A. I. Effects of electron-electron interaction in the optical properties of dense arrays of quantum dots Ge/Si. J. Exp. Theor. Phys. 2001. 119: 574. https://doi.org/10.1134/1.1364747
Smagina G. V., Dvurechensky A. V., Selesnev V. A. Linear chains of quantum dots Ge/Si when grown on the structured surface, articulated ion irradiation. Semiconductors. 2015. 49: 749. https://doi.org/10.1134/S1063782615060238
Yakimov A. I., Kirienko V. V., Bloshkin A. A. Localization of electrons in dome-shaped GeSi/Si islands. Appl. Phys. Lett. 2015. 106: 32104. https://doi.org/10.1063/1.4906522
Yakimov A. I., Kirienko V. V., Bloshkin A. A., Armbrister V. A., Dvurechensky A. V. Strain Induced Localization of Electrons in Layers of the Second Type Ge/Si Quantum Dots. JETP Lett. 2015. 101: 750. https://doi.org/10.1134/S0021364015110119
Yakimov A. I., Kirienko V. V., Bloshkin A. A., Armbrister V. A., Dvurechensky A. V. Suppression of hole relaxation in small Ge/Si quantum dots. JETP Lett. 2015. 102: 594. https://doi.org/10.1134/S0021364015210122
Zinovieva A. F., Smagina J. V., Nenashev A. V., Dvurechensky A. V. Unusual narrowing of the ESR line width in ordered structures with linear chains of Ge/Si quantum dots. JETP Lett. 2015. 102: 108. https://doi.org/10.1134/S0021364015140131
Zinovieva A. F., Zinovyev V. A., Nikiforov A. I., Timofeev V. A., Mudryi A. V., Nenashev A. V., Dvurechenskii A. V. Photolumines-cence enhancement in double Ge/Si quantum dot structures. JETP Lett. 2016. 104: 823. https://doi.org/10.1134/S0021364016240061
Yakimov A. I., Bloshkin A. A., Dvurechensky A. V. Excitons in Ge/Si double quantum dots. J. Exp. Theor. Phys. Lett. 2009. 90: 569. https://doi.org/10.1134/S0021364009200041
Grydlik M., Hackl F., Groiss H., Glaser M., Halilovic A., Fromherz T., Jantsch W., Schäffler F., Brehm M. Lasing from GlassyGe Quantum Dots in Crystalline Si. ACS Photonics. 2016. 3: 298. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5b00671
Brehm M., Grydlik M. Site-controlled and advanced epitaxial Ge/Si quantum dots: Fabrication, properties, and applications. Nanotechnology. 2017. 28: 392001. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa8143
Pokutnyi S. I. On an exciton with a spatially separated electron and hole in quasi-zero-dimensional semiconductor nanosystems. Semiconductors. 2013. 47: 791. https://doi.org/10.1134/S1063782613060225
Pokutnyi S. I. Binding energy of the exciton with a spatially separated electron and hole in quasi-zero-dimensional semiconductor nanosystems. Technical Physics Letters. 2013. 39: 233. https://doi.org/10.1134/S1063785013030139
Pokutnyi S. I. Exciton states formed by spatially separated electron and hole in semiconductor quantum dots. Technical Physics. 2015. 60: 1615. https://doi.org/10.1134/S1063784215110249
Pokutnyi S. I. Excitons based on spatially separated electrons and holes in Ge/Si heterostructures with germanium quantum dots. Low Temp. Phys. 2016. 42: 1151. https://doi.org/10.1063/1.4973506
Pokutnyi S. I. Exciton spectroscopy with spatially separated electron and hole in Ge/Si heterostructure with germanium quantum dots. Low Temp. Phys. 2018. 44: 819. https://doi.org/10.1063/1.5049165
Pokutnyi S. I. Biexciton in nanoheterostructures of germanium quantum dots. Opt. Eng. 2017. 56: 067104. https://doi.org/10.1117/1.OE.56.6.067104
Pokutnyi S. I. The splitting of electron states in Ge/Si heterostructure with germanium quantum dots. Physica Status Solidi B. 2020. 257: 2000221. https://doi.org/10.1002/pssb.202000221
Pokutnyi S. I.The splitting of electron states in Ge/Si nanosystem with germanium quantum dots: Theory. Physica B: Physics of Condensed Matter. 2021. 601: 412583. https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412583
Pokutnyi S. I., Absorption and scattering of light in quasi-zero-dimensional structures: II. Absorption and scattering of light by single-particle local states of the charge carriers. Physics Solid State. 1997. 39(4): 528. https://doi.org/10.1134/1.1129923
Pokutnyi S. I. Absorption and scattering of light in quasi-zero-dimensional structures: I. Transition dipole moments of the charge carriers. Physics Solid State. 1997. 39(4): 634. https://doi.org/10.1134/1.1129943
Pokutnyi S. I. Exciton states in semiconductor quantum dots in the framework of the modified effective mass method. Semiconductors. 2007. 41(11): 1323. https://doi.org/10.1134/S1063782607110097
Pokutnyi S. I. The binding energy of the exciton in semiconductor quantum dots. Semiconductors. 2010. 44: 507. https://doi.org/10.1134/S1063782610040147
Pokutnyi S. I. Exciton states in semiconductor quasi-zero-dimensional nanosystem. Semiconductors. 2012. 46(2): 165. https://doi.org/10.1134/S1063782612020194
Pokutnyi S. I. Binding energy of excitons formed from spatially separated electrons and holes in insulating quantum dots. Semiconductors. 2015. 49(10): 1311. https://doi.org/10.1134/S1063782615100218
Pokutnyi S. I., Ovchinnikov O. V. Absorption of light by colloidal semiconducor quantum dots. Journal of Nanophotonics. 2016. 10: 033506. https://doi.org/10.1117/1.JNP.10.033506
Pokutnyi S. I., Kulchin Y. N., Dzyuba V. P. Biexciton in nanoheterostructures of dielectric quantum dots. Journal of Nanophotonics. 2016. 10: 036008. https://doi.org/10.1117/1.JNP.10.036008
Pokutnyi S. I., Ovchinnikov O. V. Relationship between structural and optical properties in colloidal CdxZn1-xS quantum dots in gelatin. Journal of Nanophotonics. 2016. 10: 033507. https://doi.org/10.1117/1.JNP.10.033507
Pokutnyi S. I. Optical absorption by colloid quantum dots CdSe in the dielectric matrix. Low Temperature Physics. 2017. 43(12): 1797 https://doi.org/10.1063/1.5012798
Pokutnyi S. I. The spectrum of an exciton in quasi-zero-dimensional semiconductor structures. Semiconductors. 1996. 30(11): 1015.
Pokutnyi S. I. The of size quantization of exciton in quasi-zero-dimensional semiconductor structures. Physica Status Solidi B. 1992. 173(2): 607. https://doi.org/10.1002/pssb.2221730212
Pokutnyi S. I. Quantum-Chemical Analysis of System Consisting of two CdS quantum dots. Theoretical and Experimental Chemistry. 2016. 52(1): 27. https://doi.org/10.1007/s11237-016-9446-x
Pokutnyi S. I. Biexciton in quantum dots of cadmium sulfide in a dielectric matrix. Technical Physics. 2016. 61(11): 1737. https://doi.org/10.1134/S1063784216110190
Landau L. D., Lifshitz, E. M. Course of Theoretical Physics, Quantum Mechanics (Vol. 3, New York: Pergamon Press, 1974). https://doi.org/10.1016/B978-0-08-017801-1.50007-5
Antonyuk B. P., Antonyuk V. P., Frolov A. A. Nonlinear optical response of fullerene C60 solutions. Optic Commun. 2000. 174: 427. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(99)00727-0
Авторське право (c) 2025 С. І. Покутній, Т. Ю. Громовий, Т. Є. Корочкова, В. О. Машира
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
