Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках
A theory of exciton quasimolecules (formed from spatially separated electrons and holes) in a nanosystem consisting of double quantum dots (QDs) of germanium synthesized in a silicon matrix is presented. It is shown that the binding energy of the singlet ground state of the quasimolecule of an excit...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/641 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-641 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-01-26T12:39:57Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
просторово розділені електрони і дірки квантові точки енергія зв’язку кулонівська та обмінна взаємодії |
| spellingShingle |
просторово розділені електрони і дірки квантові точки енергія зв’язку кулонівська та обмінна взаємодії Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. Usik, J. Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках |
| topic_facet |
spatially separated electron and holes quantum dots binding energy coulomb and exchange interaction просторово розділені електрони і дірки квантові точки енергія зв’язку кулонівська та обмінна взаємодії |
| format |
Article |
| author |
Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. Usik, J. |
| author_facet |
Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. Usik, J. |
| author_sort |
Pokutnyi, S. I. |
| title |
Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках |
| title_short |
Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках |
| title_full |
Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках |
| title_fullStr |
Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках |
| title_full_unstemmed |
Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках |
| title_sort |
теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках |
| title_alt |
On the theory of the binding energy of exciton quasimolecules in germanium/silicon double quantum dots |
| description |
A theory of exciton quasimolecules (formed from spatially separated electrons and holes) in a nanosystem consisting of double quantum dots (QDs) of germanium synthesized in a silicon matrix is presented. It is shown that the binding energy of the singlet ground state of the quasimolecule of an exciton is considerably larger than the binding energy of biexciton in a silicon single crystal by almost two orders of magnitude.It is shown that the exciton quasimolecule formation is of the threshold character and possible in a nanosystem, where D is the distance between the surfaces of QD that satisfies the following condition: (where and are some critical distances). Using the variational method, we obtain the binding energy of the exciton quasimolecule singlet ground state of the system as a function of the distance between the surfaces of QD D, and the QD radius a.It is shown that the convergence of two QDs up to a certain critical value of the distance between the surfaces of QD DC leads to the effective overlapping of the electron wave functions and the appearance of exchange interactions. As a result, the exciton quasimolecules can be formed from the QDs. It is shown that the existence of such a critical distance DC arises from the quantum size effects. Dimensional quantization of electrons and holes motion leads to the following fact: as the distance between the surfaces of the QD DC decreases, the decrease in the energies of interaction of the electrons and holes entering into the Hamiltonian of the exciton quasimolecule cannot compensate for the increase in the kinetic energy of the electrons and holes. At larger values of the distance between the surfaces of the QD D, , the exciton quasimolecule breaks down into two excitons (consisting of spatially separated electrons and holes), localized over the QD surfaces.The fact that the energy of the ground state of singlet excitonic quasimolecule is in the infrared range of the spectrum, presumably, allows us to use a quasimolecule for the development of new elements of silicon infrared nanooptoelectronics. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/641 |
| work_keys_str_mv |
AT pokutnyisi onthetheoryofthebindingenergyofexcitonquasimoleculesingermaniumsilicondoublequantumdots AT shkodang onthetheoryofthebindingenergyofexcitonquasimoleculesingermaniumsilicondoublequantumdots AT usikj onthetheoryofthebindingenergyofexcitonquasimoleculesingermaniumsilicondoublequantumdots AT pokutnyisi teoríâenergíízvâzkueksitonnihkvazimolekulugermaníjkremníjovihpodvíjnihkvantovihtočkah AT shkodang teoríâenergíízvâzkueksitonnihkvazimolekulugermaníjkremníjovihpodvíjnihkvantovihtočkah AT usikj teoríâenergíízvâzkueksitonnihkvazimolekulugermaníjkremníjovihpodvíjnihkvantovihtočkah |
| first_indexed |
2025-09-24T17:25:25Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:45:45Z |
| _version_ |
1844168303269904384 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6412023-01-26T12:39:57Z On the theory of the binding energy of exciton quasimolecules in germanium/silicon double quantum dots Теорія енергії зв’язку екситонних квазимолекул у германій/кремнійових подвійних квантових точках Pokutnyi, S. I. Shkoda, N. G. Usik, J. spatially separated electron and holes quantum dots binding energy coulomb and exchange interaction просторово розділені електрони і дірки квантові точки енергія зв’язку кулонівська та обмінна взаємодії A theory of exciton quasimolecules (formed from spatially separated electrons and holes) in a nanosystem consisting of double quantum dots (QDs) of germanium synthesized in a silicon matrix is presented. It is shown that the binding energy of the singlet ground state of the quasimolecule of an exciton is considerably larger than the binding energy of biexciton in a silicon single crystal by almost two orders of magnitude.It is shown that the exciton quasimolecule formation is of the threshold character and possible in a nanosystem, where D is the distance between the surfaces of QD that satisfies the following condition: (where and are some critical distances). Using the variational method, we obtain the binding energy of the exciton quasimolecule singlet ground state of the system as a function of the distance between the surfaces of QD D, and the QD radius a.It is shown that the convergence of two QDs up to a certain critical value of the distance between the surfaces of QD DC leads to the effective overlapping of the electron wave functions and the appearance of exchange interactions. As a result, the exciton quasimolecules can be formed from the QDs. It is shown that the existence of such a critical distance DC arises from the quantum size effects. Dimensional quantization of electrons and holes motion leads to the following fact: as the distance between the surfaces of the QD DC decreases, the decrease in the energies of interaction of the electrons and holes entering into the Hamiltonian of the exciton quasimolecule cannot compensate for the increase in the kinetic energy of the electrons and holes. At larger values of the distance between the surfaces of the QD D, , the exciton quasimolecule breaks down into two excitons (consisting of spatially separated electrons and holes), localized over the QD surfaces.The fact that the energy of the ground state of singlet excitonic quasimolecule is in the infrared range of the spectrum, presumably, allows us to use a quasimolecule for the development of new elements of silicon infrared nanooptoelectronics. Розвинуто теорію екситонних квазімолекул (утворених із просторово розділених електронів і дірок) у наносистемі, що складається з подвійних квантових точок (КТ) германію, синтезованих у кремнієвій матриці. Показано, що енергія зв’язку основного синглетного стану екситонної квазімолекули значно більша (майже на два порядки) за енергію зв’язку біекситону в монокристалі кремнію. Установлено, що утворення екситонної квазимолекули має пороговий характер і можливе в наносистемі, в якій відстань D між поверхнями КТ визначається умовою (де і – деякі критичні відстані). Використовуючи варіаційний метод, отримано енергію зв'язку основного синглетного стану екситонної квазімолекули в такій системі, як функцію відстані D між поверхнями КТ та радіуса а КТ. Показано, що зближення двох КТ до певного критичного значення DC між поверхнями КТ, призводить до ефективного перекриття хвильових функцій електрона та виникнення обмінних взаємодій. В результаті можуть бути створені умови для виникнення екситонних квазимолекул з КТ. Установлено, що існування критичної відстані було наслідком квантових розмірних ефектів. Розмірне квантування руху електронів і дірок призводило до того, що зі зменшенням відстані D між поверхнями КТ зменшення енергій взаємодії електронів і дірок, які входили в гамільтоніан екситонної квазімолекули, не змогло компенсувати збільшення кінетичної енергії електронів та дірок. На більших відстанях D між поверхнями КТ, таких що , екситонна квазимолекула розпадалась на два екситони (що складались з просторово розділених електронів і дірок), локалізованих над поверхнями КТ. Той факт, що енергія основного стану синглетної екситонної квазімолекули знаходиться в інфрачервоному діапазоні спектра, імовірно, дозволяє використовувати квазімолекули для створення нових елементів кремнієвої інфрачервоної нанооптоелектроніки. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-12-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/641 10.15407/hftp13.04.383 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 13 No. 4 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 383-390 Химия, физика и технология поверхности; Том 13 № 4 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 383-390 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 13 № 4 (2022): Хімія, фізика та технологія поверхні; 383-390 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp13.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/641/654 Copyright (c) 2022 S. I. Pokutnyi, N. G. Shkoda, J. Usik |