ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИИ.....................................................................5
Глава 1. СИНГЛЕТНЫЕ И ТРИПЛЕТНЫЕ ЭКСИ ЮНЫ В ПОЛУ! 1РОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛАХ...................................................................18
1.1. Синглетные и триплетные состояния.......................................18
1.2. Энергетический спектр экситона в полупроводниковом кристалле............21
1.3. Влияние анизотропии кристалла на знеріетический спектр экситона.........24
1.4. Учег обменного взаимодействия. Тонкая структура экситонных уровней......27
1.5. Оптический спектр экситона..............................................30
1.6. Прямые экситоны в кристалле селенида галлия.............................31
1.7. Оптическая ориентация и выстраивание экситонов..........................40
1.8. Экспериментальные исследования оптического выстраивания и ориентации
экситонов...................................................................44
Постановка задачи............................................................51
Глава II. ПОЛЯРИЗОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ СВОБОДНЫХ ЭКСИ ІОІІОВ В СЕЛЕНИДЕ ГАЛЛИЯ..............................................................53
2.1. Введение................................................................53
2.2. Оптическая ориентация и выстраивание свободных экситонов в селен и де галлия при реюнансном возбуждении.......................................................54
2.2.1. Экспериментальные результаты..........................................54
2.2.2.1. Качественное сравнение с феноменологической теорией.................67
2.2.2.2. Количественное сопоставление с результатами микроскопической зеории 72
2.3. Проявление промежуточных состояний в кинетике экситониой люминесценции кристаллов...................................................................76
2.4. Магнито-штарк эффект на экситоне в селениде галлия......................85
2.4.1. Экситон во внешних магнитном и электрическом полях....................88
2.4.2. Эффект Штарка на экситоне.............................................91
2.4.3. Маїнито-штарк эффект..................................................98
Выводы к главе II...........................................................104
Глава Ш. ПОЛЯРИЗОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ТРИПЛЕШЫХ СВЯЗАННЫХ ЭКСИТОНОВ В СЕЛЕНИДЕ ГАЛЛИЯ.................................................106
3.1. Связанные экситоны.....................................................106
3.2. Поляризованная люминесценция связанных экситонов в селениде галлия......................................................................108
3.2.1. Энер1етическая структура связанных экситонов в селениде галлия. Эффект Зеемана..............................................................110
3.2.2. Поляризованная люминесценция связанных экситонов. Экспериментальные результаты................................................118
3.2.3. Обсуждение результатов.............................................. 128
Выводы к главе III..........................................................150
Глава IV. ТРИПЛЕТНЫЕ ЭКСИТОНЫ В ТВЕРДЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ РАСТВОРАХ A"'BV1............................................................152
4.1. Кристаллическое строение и структурный фазовый переход в смешанных кристаллах GaSc-GaS.........................................................152
4.2. Экситоны в смешанных кристаллах соединений AmBVI.......................157
4.3. Краевая люминесценция твердых растворов GaS-GaSe.......................159
4.4. Поляризованная люминесценция триплетных экситонов в смешанных кристаллах An,Bvl в Mai нитном поле....................................................163
4.5. Оптическое выстраивание локализованных эксиюнов в твердых растворах GaSej-jS*...................................................................185
4.6. Селективная лазерная спектроскопия локализованных экситонов в твердых растворах
GaSei.xTex в магнитном поле.................................................192
Выводы к главе IV...........................................................207
Глава V. ВРЕМЕННАЯ ЗАВИСИМОСIЬ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В ИЗЛУЧЕНИИ ТРИПЛЕТНЫХ СВЯЗАННЫХ ЭКСИТОНОВ В УСЛОВИЯХ НЕКОГЕРЕНТОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ...................................................209
5.1. Эффект антиперессчсния спиновых подуровней триплетных связанных экситонов в магнитном поле..............................................................210
5.2. Временная зависимость эффекта антипересечения уровней триплетных связанных экситонов. Эксперимент......................................................211
5.3. Временная зависимость эффекта антипересечения уровней триплетных связанных экситонов. Теория...........................................................216
5.4. Влияние энергии связи на кинетику излучательной и безьилучатльной рекомбинации триплетных связанных экситонов.................................224
5.4.1. Постановка задачи....................................................224
5.4.2. Экспериментальные результаты и обсуждение............................225
5.5. Излучательная и безызлучательная рекомбинация непрямых триплетных связанных экситонов...................................................................233
5.6. Динамика магнитоиндуцированной линейной поляризации зкеитонной
люминесценции кристаллов ЄаЯе..............................................240
5 6.1. Введение............................................................240
5.6.2. Экспериментальные результаты........................................241
5.6.3. Теория и обсуждение результатов.....................................249
Выводы к главе V...........................................................249
Глава VI. СПЕКТРОСКОПИЯ 'IРИПЛЕТИЫХ СОСТОЯНИЙ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАС ГЕРОВ - ФУЛЛЕРЕНОВ................................................267
6.1. Введение..............................................................267
6.2. Электронная структура молекул С70.....................................269
6.3. Широкополосные спектры люминесценции матрично-изолированных молекул фуллеренаС7о...............................................................274
6.4. Наблюдение эффекта Шпольского в оптических спектрах матрично-изолированных молекул....................................................................280
6.5. Поляризационные эффекты в оптических спектрах матрично-изолированных молекул С70................................................................290
6.6. Магнитооптические эффекты в спектре излучения матрично-изолированных
молекул С70................................................................298
Выводы к главе VI..........................................................312
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................317
ЛИТЕРАТУРА................................................................322
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ......................................336
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Среди исследований оптических свойств кристаллов важное место занимает экситонная спектроскопия. Как известно, экситоны играют существенную роль в формировании оптических и фотоэлектрических свойств кристаллов. Они в значительной степени влияют на явления люминесценции, поглощения, отражения и рассеяния света в кристаллах. Исследования оптических спектров экситонов позволяют получить уникальную информацию об энергетической структуре кристалла.
В последние годы значительное внимание в спектроскопии экситонных состояний уделяется спиновым эффектам. Наличие у электрона спина оказывает заметное влияние на энергетический спектр и свойства электронных состояний в многоэлектронных системах, от атомов до кристаллов. Спиновые эффекты играют существенную роль в формировании химических связей, важны для понимания магнитных свойств вещества, его фотофизических и фотохимических свойств и других явлений. Внимание к спиновым эффектам в полупроводниковых материалах и твердотельных структурах на их основе связано и с потребностями нового направления в современной твердотельной электронике - спинтроники, целью которой является разработка устройств, основанных на контроле и управлении электронным спином и влиянии таким образом на электронные процессы в полупроводниковых приборах.
Поскольку электрон и дырка, составляющие экситон, обладают полуцелыми спинами, спин экситона может принимать значение 5 = 0 или 1. В соответствии с их мультиплетностыо состояния с 5 = 0 принято называть синглетными (или параэкситонами), а с 5 = 1 - триплетными (или ортоэкситонами). Триплетные экситоны являются наиболее низкоэнергетическими собственными электронными возбуждениями в совершенных полупроводниковых кристаллах. При этом в силу правила
запрета интеркомбинационных переходов, вероятность их излучательного распада существенно меньше, чем синглетных экситонов, поэтому триплетные возбужденные состояния полупроводников могут обладать большими временами жизни. Как известно, триплетные возбужденные состояния играют важнейшую роль в формировании фотофизических, фотохимических и радиационно-химических свойств органических молекул и молекулярных кристаллов, в биологических процессах. Свойства триплетных экситонов в полупроводниковых кристаллах исследованы в значительно меньшей степени и требуют более широкого изучения. Интерес к свойствам триплетных экситонов в полупроводниковых кристаллах обусловлен как их важностью для понимания фундаментальных свойств электронных состояний в полупроводниках, так и тем, что исследуемые методом экситонной спектроскопии свойства и явления могут иметь значение и для других атомных систем.
Триплетные экситоны являются нижайшими по энергии электронными возбужденными состояниями в совершенных полупроводниковых кристаллах и благодаря относительно малой (по сравнению с синглетными экситонами) вероятности излучательной аннигиляции - и наиболее долгоживущими электронными возбуждениями. Поэтому можно полагать, что при низких температурах существенная доля энергии электронного возбуждения в совершенном полупроводниковом кристалле сосредоточена в триплетных экситонах. В этом случае при достаточной оптической активности состояний триплетных экситонов они могут играть определяющую роль в формировании краевого излучения полупроводников как непосредственно, так и косвенно, обеспечивая транспорт энергии к центрам излучательной рекомбинации в кристалле. Оптические переходы с участием триплетных экситонов оказываются в ряде случаев весьма благоприятными для получения лазерного эффекта: в частности, подобный эффект наблюдался в серии полупроводниковых соединений АшвЧ
8
12
13
22
ІІІІІІИІ»]
29
- Київ+380960830922