Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок
Within the framework of the modified effective mass method, a theory of an exciton quasimolecule (formed from spatially separated electrons and holes) is developed for nanosystems consisting of germanium quantum dots grown in silicon matrices. In an artificial quasi-molecule, the holes are located i...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/503 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543908935237632 |
|---|---|
| author | Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. |
| author_facet | Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. |
| author_sort | Pokutnyi, S. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:29Z |
| description | Within the framework of the modified effective mass method, a theory of an exciton quasimolecule (formed from spatially separated electrons and holes) is developed for nanosystems consisting of germanium quantum dots grown in silicon matrices. In an artificial quasi-molecule, the holes are located in the volumes of germanium quantum dots, and the electrons, moving in a silicon matrix, are localized above the spherical surface of germanium quantum dots. The variational method is used to derive the dependences of the total energy, as well as of the binding energy of the ground singlet state of the exciton quasimolecule, on the distance D between the surfaces of the quantum dots, as well as on the radius of the quantum dot. It is shown that the main contribution into the binding energy of an exciton quasimolecule is made by the energy of the exchange interaction of an electron with holes, which substantially exceeds the contribution that causes the energy of the Coulomb interaction of an electron with holes. It has been found that the appearance of an exciton quasimolecule in a nanosystem has a threshold character, and possibly in a nanosystem where the distance D between the surfaces of quantum dots exceeds the value of a certain critical distance Dc(1). It is shown that an excitonic quasimolecule in a nanosystem can exist only at temperatures below a certain critical temperature Tc. At temperatures below the critical temperature T?Tc, the exciton quasimolecule splits into two artificial atoms (from space-separated electrons and holes). It has been found that the binding energy of the ground singlet state of an exciton quasimolecule, consisting of two quantum dots of germanium, is an essential quantity that exceeds the binding energy of biexciton in a silicon single crystal by almost two orders of magnitude. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:38Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-503 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:01Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5032022-06-29T10:03:29Z Excitons and exciton quasimolecules states in nanosystems of semiconductor quantum dots Экситонные и экситонной квазимолекулы состояния в наносистемах полупроводниковых квантовых точек Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. spatially separated electrons and holes binding energy two germanium quantum dots просторово розділені електрони і дірки енергія зв’язку дві германієві квантові точки пространственно разделенные электроны и дырки энергия связи две германиевые квантовые точки Within the framework of the modified effective mass method, a theory of an exciton quasimolecule (formed from spatially separated electrons and holes) is developed for nanosystems consisting of germanium quantum dots grown in silicon matrices. In an artificial quasi-molecule, the holes are located in the volumes of germanium quantum dots, and the electrons, moving in a silicon matrix, are localized above the spherical surface of germanium quantum dots. The variational method is used to derive the dependences of the total energy, as well as of the binding energy of the ground singlet state of the exciton quasimolecule, on the distance D between the surfaces of the quantum dots, as well as on the radius of the quantum dot. It is shown that the main contribution into the binding energy of an exciton quasimolecule is made by the energy of the exchange interaction of an electron with holes, which substantially exceeds the contribution that causes the energy of the Coulomb interaction of an electron with holes. It has been found that the appearance of an exciton quasimolecule in a nanosystem has a threshold character, and possibly in a nanosystem where the distance D between the surfaces of quantum dots exceeds the value of a certain critical distance Dc(1). It is shown that an excitonic quasimolecule in a nanosystem can exist only at temperatures below a certain critical temperature Tc. At temperatures below the critical temperature T?Tc, the exciton quasimolecule splits into two artificial atoms (from space-separated electrons and holes). It has been found that the binding energy of the ground singlet state of an exciton quasimolecule, consisting of two quantum dots of germanium, is an essential quantity that exceeds the binding energy of biexciton in a silicon single crystal by almost two orders of magnitude. В рамках модифицированного метода эффективной массы развита теория экситонной квазимолекулы (образованной из пространственно разделенных электронов и дырок) в наносистемах, состоящих из квантовых точек германия, выращенных в кремниевых матрицах. В искусственной квазимолекуле дырки расположены в объемах квантовых точек германия, а электроны, двигаясь в матрице кремния, локализуются над сферической поверхностью квантовых точек германия. Вариационным методом получены зависимости полной энергии, а также энергии связи основного синглетного состояния экситонной квазимолекулы, как функции расстояния D между поверхностями квантовых точек, а также радиуса a квантовой точки. Показано, что в энергию связи экситонной квазимолекулы основной вклад вносит энергия обменного взаимодействия электрона с дырками, который существенно превосходит вклад, вызванный энергией кулоновского взаимодействия электроном с дырками. Установлено, что возникновение экситонной квазимолекулы в наносистеме, носит пороговый характер, и возможно в наносистеме, в которой расстояние D между поверхностями квантовых точек превышает значение некоторого критического расстояния Dc(1). Показано, что экситонная квазимолекула в наносистеме может существовать только при температурах ниже некоторой критической температуры Tc. При температурах ниже критической T?Tc экситонная квазимолекула распадается на два искусственных атома (из пространсвенно разделенных электронов и дырок). Установлено, что энергия связи основного синглетного состояния экситонной квазимолекулы, состоящей из двух квантовых точек германия, является существенной величиной, превосходящей энергию связи биэкситона в монокристалле кремния почти на два порядка. В рамках модифікованого методу ефективної маси розвинуто теорію екситонної квазімолекули (утвореної з просторово розділених електронів та дірок) в наносистемах, що складаються з квантових точок германію, вирощених в кремнієвих матрицях. У штучній квазімолекулі дірки розташовані в об’ємах квантових точок германію, а електрони, рухаючись в матриці кремнію, локалізуються над сферичною поверхнею квантових точок германію. Варіаційним методом отримані залежності повної енергії, а також енергії зв’язку основного синглетного стану екситонної квазімолекули, як функції відстані D між поверхнями квантових точок, а також радіуса a квантової точки. Показано, що в енергію зв’язку екситонної квазімолекули основний внесок дає енергія обмінної взаємодії електрона з дірками, який істотно перевершує внесок, що обумовлюється енергією кулонівської взаємодії електрона з дірками. Встановлено, що виникнення екситонної квазімолекули в наносистемах має пороговий характер, і можливе в наносистемах, в якій відстань D між поверхнями квантових точок перевищує значення деякої критичної відстані Dc(1). Показано, що екситонна квазімолекула в наносистемах може існувати тільки при температурах нижче деякої критичної температури Tc. При температурах нижче критичної T?Tc екситонна квазімолекуа розпадається на два штучних атоми (з просторово розділених електронів та дірок). Встановлено, що енергія зв’язку основного синглетного стану екситонної квазімолекули, що складається з двох квантових точок германію, є суттєвою величиною, яка перевершує енергію зв’язку біекситона в монокристалі кремнію майже на два порядки. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-05-21 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/503 10.15407/hftp10.02.149 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 2 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 149-153 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 2 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 149-153 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 2 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 149-153 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/503/505 Copyright (c) 2019 S. I. Pokutnyi, N. G. Shkoda |
| spellingShingle | просторово розділені електрони і дірки енергія зв’язку дві германієві квантові точки Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок |
| title | Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок |
| title_alt | Excitons and exciton quasimolecules states in nanosystems of semiconductor quantum dots Экситонные и экситонной квазимолекулы состояния в наносистемах полупроводниковых квантовых точек |
| title_full | Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок |
| title_fullStr | Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок |
| title_full_unstemmed | Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок |
| title_short | Екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок |
| title_sort | екситонні і екситонної квазімолекули стани в наносистемах напівпровідникових квантових точок |
| topic | просторово розділені електрони і дірки енергія зв’язку дві германієві квантові точки |
| topic_facet | spatially separated electrons and holes binding energy two germanium quantum dots просторово розділені електрони і дірки енергія зв’язку дві германієві квантові точки пространственно разделенные электроны и дырки энергия связи две германиевые квантовые точки |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/503 |
| work_keys_str_mv | AT pokutnyisi excitonsandexcitonquasimoleculesstatesinnanosystemsofsemiconductorquantumdots AT shkodang excitonsandexcitonquasimoleculesstatesinnanosystemsofsemiconductorquantumdots AT pokutnyisi éksitonnyeiéksitonnojkvazimolekulysostoâniâvnanosistemahpoluprovodnikovyhkvantovyhtoček AT shkodang éksitonnyeiéksitonnojkvazimolekulysostoâniâvnanosistemahpoluprovodnikovyhkvantovyhtoček AT pokutnyisi eksitonnííeksitonnoíkvazímolekulistanivnanosistemahnapívprovídnikovihkvantovihtočok AT shkodang eksitonnííeksitonnoíkvazímolekulistanivnanosistemahnapívprovídnikovihkvantovihtočok |