Анотація до роботи:

Лев С. Б. Поляризація спінів електронів у системах з подвійними бар’єрами та екситонні спектри в подвійних квантових ямах у напівмагнітних напівпровідниках. – Рукопис.

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

Дана робота присвячена дослідженню оптичних властивостей екситонів у подвійних квантових ямах і поляризації спінів електронів гетероструктурами з двома бар’єрами, побудованими на базі напівмагнітних напівпровідникових сплавів. У роботі теоретично досліджено зміну сили осциляторів оптичних переходів та зміну часу життя екситонів при перерозподілі зарядів у подвійних квантових ямах, викликану зовнішнім магнітним полем. Для систем подвійних квантових ям на базі CdTe знайдено параметри, за яких при певних значеннях зовнішнього магнітного поля в основному стані відбувається зміна локалізації екситону. У залежності від використаних магнітних і немагнітних домішок та їх розташування отримано ситуації, коли при зростанні поля в основному стані відбувається або перехід екситону з однієї ями до іншої як цілого, або основний стан переходить від просторово прямого (електрон і дірка в одній ямі) до довгоживучого непрямого (електрон і дірка в різних ямах) екситону. Досліджено систему напівмагнітних напівпровідникових квантових ям на базі ZnSe з домішками Mn в одній з ям і домішками Be і Mg у бар'єрах. Проаналізовано поведінку хвильових функцій та інтегралів перекривання від параметрів системи – концентрації домішок, ширини ям і бар'єрів. Досліджено діапазон значень ширини ям, при яких спостерігається перехід в основний стан довгоживучого непрямого екситону. Показано, що час життя екситону зростає на декілька порядків при переході від прямого до непрямого екситону, а також при збільшенні ширини між’ямного бар’єра. Досліджено залежності поляризації спінів носіїв у двобар'єрних системах, побудованих на базі гетеропереходів у напівмагнітних напівпровідникових сплавах від зовнішніх магнітного та електричного полів, параметрів бар'єрів, концентрації магнітних та немагнітних іонів домішок, концентрації носіїв, температури тощо. Визначено залежність ступеня поляризації спінів від відстані до гетероструктури при різних параметрах системи – часу спін-граткової релаксації, рухливості носіїв тощо.

Дана робота присвячена дослідженню оптичних властивостей екситонів у подвійних квантових ямах і поляризації спінів електронів гетероструктурами з двома бар’єрами, побудованими на базі напівмагнітних напівпровідникових сплавів.

1. Досліджено оптичні властивості та динаміку екситонних спектрів у подвійних квантових ямах на базі напівмагнітних напівпровідникових сплавів у залежності від обраних матеріалів, концентрації магнітних і немагнітних домішок, ширини ям і бар'єра, зовнішнього магнітного поля.

2. Розраховано залежність хвильових функцій, положення енергетичних рівнів і інтегралів перекривання екситонів у подвійних напівмагнітних напівпровідникових квантових ямах на базі CdTe з магніточутливими домішками Mn в бар'єрах і одній з ям від зовнішнього магнітного поля. Показано, що в даній системі в основному стані можливий перехід екситону між ямами. Показано, що в полях до 3Т при реально існуючих параметрах системи перехід основного стану від прямого (електрон і дірка локалізовані в одній ямі) до непрямого (електрон і дірка локалізовані в різних ямах) екситону не спостерігається.

3. Проаналізовано залежність положення енергетичних рівнів екситонів, поведінку хвильових функцій та інтегралів перекривання в подвійних напівмагнітних напівпровідникових квантових ямах на базі CdTe з домішками Mn в одній з ям і Mg в бар'єрах від зовнішнього магнітного поля і параметрів системи – концентрації домішок, ширини ям і бар'єрів. Показано, що в даній системі можливий перехід основного стану від прямого до непрямого екситону і час життя екситону, який знаходиться в основному стані системи, зростає.

4. Досліджено систему напівмагнітних напівпровідникових квантових ям на базі ZnSe з домішками Mn в одній з ям і домішками Be і Mg у бар'єрах. Отримано залежність положення енергетичних рівнів екситонів від зовнішнього магнітного поля. Показано, що в даній системі зі зміною магнітного поля можливий перехід основного стану від прямого до непрямого екситону. Проаналізовано поведінку хвильових функцій та інтегралів перекривання від параметрів системи – концентрації домішок, ширини ям і бар'єрів. Показано, що час життя непрямого екситону зростає зі збільшенням ширини між'ямного бар'єра і може змінюватися на декілька порядків. Досліджено діапазон значень ширини ями, при яких спостерігається перехід в основний стан довгоживучого непрямого екситону.

5. Досліджено вплив зовнішнього магнітного та електричного полів, концентрації магнітних і немагнітних домішок, ширини ям і бар'єрів, концентрації носіїв, температури тощо на поляризацію спінів носіїв у гетероструктурах на базі напівмагнітних напівпровідникових сплавів.

6. Досліджено можливість використання в якості спінового фільтра двобар'єрної гетероструктури на базі напівмагнітного напівпровідникового сплаву CdTe з використанням домішок іонів Mg для формування бар'єрів та іонів Mn для формування ями і показано, що за допомогою такої системи можна досягти високого рівня поляризації спінів.

7. Отримано поведінку поляризації спінів носіїв з відстанню від бар'єрів. Розраховано залежність поляризації спінів носіїв від параметрів системи – ширини ями і бар'єрів, концентрації і рухливості носіїв, зовнішніх електричного та магнітного полів. Виконано аналіз параметрів системи і зовнішніх полів, при яких за допомогою резонансно тунельних діодів можна досягти максимальної поляризації спінів носіїв.

Публікації автора:

1. С. Б. Лев, В. Й. Сугаков Магнітна залежність енергетичного спектра та інтенсивності переходів екситонів у напівмагнітних напівпровідниках з подвійними квантовими ямами// УФЖ. – 2002. – Т.47, №4. – С.402-406.

2. S. B. Lev, V. I. Sugakov, G. V. Vertsimakha Direct and indirect excitons in diluted magnetic semiconductor double-quantum-well structures in external magnetic fields// J. Phys.: Condens. Matter. – 2004. – №16. – Р.4033-4044.

3. А. В. Верцимаха, С. Б. Лев, В. И. Сугаков Межъямные экситоны в полумагнитных полупроводниковых двойных квантовых ямах во внешнем магнитном поле// ФТТ. – 2004. –Т.46, №5. – С.919-923.

4. I. Yu. Goliney S. B. Lev, V. I. Sugakov, G. V. Vertsimakha Giant increase of the exciton lifetime in semimagnetic semiconductors with double quantum wells in magnetic field// International Journal of Nanoscience. – 2004. – V.3,№4&5. – P.541-547.

5. S. B. Lev, V. I. Sugakov, G. V. Vertsimakha Polarization of electron spin in two barrier system based on semimagnetic semiconductors// Phys. Stat. Sol. (c). – 2006. – V.3, №4. – Р.1091-1093.

6. S. B. Lev, V. I. Sugakov, G. V. Vertsimakha Investigation of the direct/indirect exciton transition in the double quantum well system based on Cd_1-yMg_yTe/ Cd_1-xMn_xTe in applied magnetic field// Semiconductor Physic Quantum Electronics &Optoelectronics. – 2007. – V.10, №2. – Р.11-15.

7. Верцимаха Г. В., Лев С. Б., Сугаков В. Й. Вплив магнітного поля на параметри прямих і непрямих екситонів у системі напівмагнітних квантових ям// Наукові записки. Фіз.-мат. науки. – 2004. – Т.23. С.36-39.

8. А. В. Верцимаха, С. Б. Лев, В. И. Сугаков Енергетичний спектр та час життя між’ямних екситонів в подвійних квантових ямах в напівмагнітних напівпровідниках// II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (за участі зарубіжних вчених), Чернівці, Україна, 20-24. 09. 2004. – Тези. С.120,

9. S. B. Lev, V. I. Sugakov and G. V. Vertsimakha Polarization of electron spin in two barrier system based on semimagnetic semiconductors// 12-th International conference on II-VI compounds, Warsaw, Poland, 12-16.09.2005. – Abstract Р.87.