Анотація до роботи:

Чернюк А.А. ,,Нерівноважні фазові перетворення в кристалах, індуковані зовнішнім опроміненням”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – ,,фізика твердого тіла”. – Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, 2008.

У дисертації досліджено неоднорідну структуру люмінесцентного випромінювання при інтенсивному лазерному опроміненні напівпровідників з подвійними квантовими ямами, а також фотоіндуковані фазові перетворення в органічних сполуках.

Концентричне лазерній плямі кільце випромінювання розбивається на фрагменти зі зменшенням швидкості рекомбінації електронів і дірок або зі зменшенням температури. За наявності отвору в металічному електроді вздовж границі отвору утворюється структура у випромінюванні у вигляді окремих острівців. Зі збільшенням накачки або з підвищенням температури окремі острівці зливаються в суцільне кільце.

Побудовано модель фотоіндукованого фазового перетворення для органічних кристалів з комплексами з переносом заряду. Вплив світла на фазовий перехід між нейтральним та іонним станом комплексу молекул відбувається внаслідок збудження електронного рівня та релаксації. Різке зростання частки фотоперетворених молекул відбувається після певного часу опромінення, який скорочується з ростом накачки.

UКлючові словаU: конденсація непрямих екситонів, фотоіндуковані перетворення, подвійні квантові ями, самоорганізація в нерівноважних системах.

Побудована теорія конденсації екситонів у неоднорідних полях з врахуванням нерівноважності системи, зумовленої скінченним часом життя екситона і наявністю накачки. Теорія застосована для опису структур при різних випадках неоднорідностей, які виникають у гетероструктурах з подвійними квантовими ямами. Також розглянуті фазові перетворення в кристалах з комплексами з переносом заряду під дією лазерного опромінення.

Основні результати дисертації.

1. Досліджено розподіл густини екситонів, який утворюється за межами лазерної плями в подвійних квантових ямах. Особливості структури наступні:

1.1. При запорогових накачках утворюється максимум у розподілі екситонів на певній відстані від лазерної плями. Відповідно, в спектрах люмінесценції утворюється кільце, концентричне лазерній плямі, яке при певних умовах розбивається на фрагменти (острівці). Несферичність острівців збільшується зі зменшенням коефіцієнта, що характеризує енергію неоднорідності. Зі збільшенням накачки зростає радіус кільця і кількість острівців на ньому. Перехід від фрагментованого кільця до суцільного відбувається з підвищенням температури і зі збільшенням швидкості рекомбінації електронів і дірок.

1.2. За наявності макроскопічного дефекту в квантовій ямі з’являється окремий фрагмент у розподілі екситонів і відповідний йому острівець конденсованої фази, що повинно проявлятися у вигляді локалізованих плям випромінювання.

1.3. При зближенні двох просторово розділених лазерних плям розподіл екситонів змінюється від двох окремих кілець до деформованих і, врешті, утворення спільного кільця.

2. Вивчена структура конденсованих фаз у квантовій ямі у напівпровідниках з неоднорідним електричним полем, утвореним отвором в електроді. Розподіл випромінювання має такі властивості:

2.1. При накачках, вищих порогових, вздовж границі кільця утворюється структура густини екситонів у вигляді окремих острівців.

2.2. При малому розмірі отвору утворюється лише пляма в центрі отвору, а з розширенням отвору острівці виникають на границі отвору, зростає їх кількість і структура ускладнюється.

2.3. Зі збільшенням накачки або з підвищенням температури окремі острівці зливаються в суцільне кільце.

3. Розроблена модель впливу світла на фазові перетворення в органічних кристалах з комплексами з переносом заряду. Перехід відбувається між нейтральним та іонним станами молекули в процесі релаксації зі збудженого світлом електронного рівня. Отримано наступні особливості фазового переходу:

3.1. Поріг фотоіндукованого перетворення в кристалі скінченних розмірів щростає зі збільшенням відхилення температури кристалу від температури фазового переходу.

3.2. Різке зростання частки перетворених молекул відбувається після певного часу опромінення, який скорочується з ростом накачки.

Всі отримані результати добре узгоджуються з існуючими експериментальними даними.

Результати та основний зміст дисертації опубліковано в наступних роботах:

1. Chernyuk A.A., Sugakov V.I. Theory of photoinduced phase transitions in crystals with charge transfer complexes. // Ukr. Journ. of Physics.– 2005.– V.50, No.1.– P.86-92.

2. Chernyuk A.A., Sugakov V.I. Model of photoinduced phase transitions in crystals with charge transfer complexes. // Mol. Cryst. Liq. Cryst.– 2005.– 426.– P.25-35.

3. Chernyuk A.A., Sugakov V.I. Ordered dissipative structures in exciton systems in semiconductor quantum wells. // Physical Review B.– 2006.– V.74, No.8.– 085303 (7 pages).

4. Chernyuk A.A., Sugakov V.I. Electron-hole distribution and exciton condensed phase formation in semiconductor quantum wells. // Acta Physica Polonica A.– 2006.– V.110, No.2.– Р.169-174.

5. Сугаков В.И., Чернюк А.А. Образование островков конденсированных фаз экситонов в полупроводниковых квантовых ямах в неоднородных полях. // Письма в ЖЭТФ.– 2007.– Т.85, № 11.– С.699-704.

6. Чернюк А.А., Копп В.С., Сугаков В.Й. Конденсація екситонів в квантових ямах напівпровідників у неоднорідному електричному полі. // УФЖ.– 2007. – Т.52, №7.– С.696-702.

7. Сугаков В.Й., Шевцова О.М., Чернюк А.А. Фазові перетворення в напівпровідниках під впливом електромагнітного та ядерного опромінення. // Збірник праць Державного фонду фундаментальних досліджень. Київ, Академперіодика, с.194-208 (2005).

8. Chernyuk A.A., Sugakov V.I. Ordered dissipative structures in exciton systems in semiconductor quantum well. // Symmetry, integrability and geometry: methods and applications.– 2006.– V.2.– Paper 025 (9 pages).

9. UChernyuk A.A.U, Sugakov V.I. Theory of photoinduced phase transitions in crystals with charge transfer complexes. The V^th international conference on electronic processes in organic materials.– Kyiv.– 2004.– P.27-28.

10. UChernyuk A.A.U, Sugakov V.I., Dissipative ordered structures of exciton systems in semiconductors. The VI^th international conference “Symmetry in nonlinear mathematical physics”: (Kyiv, 20-26 June 2005). Abstract URL:

http://www.imath.kiev.ua/~appmath/Abstracts2005/Chernyuk.html

11. Сугаков В.Й., UЧернюк А.А.U, Феноменологічна модель для пояснення фрагментації кільця конденсованих фаз в квантових ямах в напівпровідниках. I^ий Всеукраїнський з’їзд ,,Фізика в Україні”. (Одеса, 2-6 жовтня 2005 р.), с.144.

12. UChernyuk A.A.U, Sugakov V.I. Phenomenological model of exciton condensed phase formation in semiconductor quantum well systems. // The VI^th international conference of young scientists “Optics and high technology material science”.– Kyiv.– 2005.– P.82.

13. UChernyuk A.A.U, Sugakov V.I. Electron-hole distribution and exciton condensed phase formation in semiconductor quantum wells. // The XXXV^th international school on the physics of semiconducting compounds.– Ustron-Jaszowiec (Poland).– 2006.– P.143.

14. UChernyuk A.A.U, Kopp V.S., Sugakov V.I. Formation of patterns during exciton condensation in semiconductor quantum wells in non-uniform electric field. // The XXXVI^th international school on the physics of semiconducting compounds.– Ustron-Jaszowiec (Poland).– 2007.– P.115.

UСписок цитованої літературиU:

1*. Butov L.V., Gossard A.C., Chemla D.S. Macroscopically ordered state in an exciton system. // Nature.– 2002.– V. 418.– P.751-754. Butov L.V. Exciton condensation in coupled quantum wells. // Solid State Commun.– 2003.– V.127U.– P.89-98.

2*. Sugakov V.I. Islands of exciton condensed phases in a two-dimensional system, the distribution of their sizes and coherence in position. // Solid State Commun.– 2005.– V.134.– P.63-67.

3*. Горбунов А.В., Тимофеев В.Б. Коллективное состояние в бозе-газе взаимодейст-вующих межъямных экситонов. // Письма в ЖЭТФ.– 2006.– Т.83, № 4.– C.178-184. Крупномасштабная когерентность бозе-конденсата пространственно-непрямых экситонов. // Письма в ЖЭТФ.– 2006.– Т.83, № 6.– C.390-396. Горбунов А.В., Тимофеев В.Б. Бозе-конденсация межъямных экситонов и пространственная структура люминесценции в латеральных ловушках. // УФН.– 2006.– Т.176, № 6.– C.652-657.

4*. Koshihara S., Takahashi Y., Sakai H., Tokura Y., Luty T. Photoinduced cooperative charge transfer in low-dimensional organic crystals. // J. Phys. Chem. B.– 1999.– V.103U.– P.2592-2600.

5*. Лозовик Ю.Е., Берман О.Л. Фазовые переходы в системе из двух связанных квантовых ям. // Письма в ЖЭТФ.– 1996.– Т.64, № 8.– С.526-531.