Impurity photoionization cross-section and intersubband optical absorption coefficient in multilayer spherical quantum dots

Володимир Головацький; Марина Чубрей; Оксана Юрченко

doi:10.15330/pcss.22.4.630-637

Автор(и)

Володимир Головацький Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича
Марина Чубрей Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича
Оксана Юрченко Волинський національний університет імені Лесі Українки

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.22.4.630-637

Ключові слова:

багатошарова квантова точка, донорна домішка, переріз фотоіонізації домішки, енергія зв’язку домішки, оптичний коефіцієнт поглинання

Анотація

У рамках наближення ефективної маси досліджено енергетичний спектр, хвильові функції та енергії зв’язку електрона з іоном донорної домішки, розміщеним в центрі багатошарової сферичної квантової точки (БСКТ), що складається з ядра (GaAs) та двох сферичних оболонок (Al_xGa_1-xAs та GaAs). На основі точних хвильових функцій електрона, які виражаються через кулонівські функції першого та другого роду, розраховано спектральні залежності перерізу фотоіонізації домішки (ПФД) та коефіцієнта міжпідзонного поглинання (КМП) за різних геометричних розмірів наноструктури.
Показано, що внаслідок зменшення ширини зовнішньої потенціальної ями змінюється локалізація електрона в наносистемі, що суттєво впливає на енергію зв’язку електрона з домішкою, переріз фотоіонізації та коефіцієнт міжпідзонного поглинання. Положення піка ПФД, пов’язаного з квантовим переходом електрона з основного стану в стан 1p⁰, зміщується в область вищих енергій і зменшується його висота. Водночас зростає висота піків ПФД, що пов’язані з квантовими переходами у більш збуджені стани (2p⁰, 3p⁰).
Наявність домішки та зміна розмірів БСКТ суттєво впливає на коефіцієнт міжпідзонного поглинання. Зменшення ширини зовнішньої потенціальної ями БСКТ у відсутності домішки приводить до монотонного збільшення КМП через перший збуджений стан, а у випадку наявності центральної домішки зростає поглинання через стани з більшими енергіями.
Отримані результати дають можливість передбачити особливості впливу магнітного поля на оптичні властивості БСКТ з двома потенціальними ямами.

Посилання

Z. Zhang, Chem. Mater 27, 1405 (2015); https://doi.org/10.1021/cm5047269.

G.Yu. Rudko, V.I. Fediv, I. Davydenko, E.G. Gule, O. Olar, A.O. Kovalchuk, Nanoscale Research Letters 11, 83 (2016); https://doi.org/10.1186/s11671-016-1300-5.

K. Chatterjee, S. Sarkar, R. K. Jagajjanani, S. Paria, Adv Colloid Interf Sci. 209(7), 8 (2014); https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.12.008.

S. Lahon, P. K. Jha, M. Mohan, Journal of Applied Physics 109, 5 (2011); https://doi.org/10.1063/1.3559271.

S. Jiao, Q. Shen, I. Mora-Seró, J. Wang, Z. Pan, K. Zhao, Y. Kuga, X. Zhong, J. Bisquert, ACS Nano 9(1), 908 (2015); https://doi.org/10.1021/nn506638n.

J.-H. Yuan, W.-F. Xie, L.-L. He, Commun. Theor. Phys. 52(4), 710 (2009); https://doi.org/10.1088/0253-6102/52/4/306102/52/4/30.

W. Xie, Physica B 405(16), 3436 (2010); https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.05.019.

E. Sadeghi, Superlattice Microstructures 50(4), 331 (2011); https://doi.org/10.1016/j.spmi.2011.07.011.

C. Dane, H. Akbas, A. Guleroglu, S. Minez, and K. Kasapoglu, Physica E 44(1), 186 (2011); https://doi.org/10.1016/j.physe.2011.08.012.

L.M. Burileanu, J. Luminescence 145, 684 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2013.08.043).

Corella Madueno, R. Rosas, J.L. Marın, R. Riera, J. Appl. Phys. 90(5), 2333 (2001); https://doi.org/10.1063/1.1329143.

E. Feddi, A. Talbi, M.E. Mora-Ramos, M.El. Haouari, F. Dujardin, and C.A. Duque, Physica B 524(11), 64 (2017); https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.08.057.

M.G. Barseghyan, A.A. Kirakosyan, and C.A. Duque, Eur. Phys. J. B 72(11), 521 (2009); https://doi.org/10.1140/epjb/e2009-00391-0.

S. Li, L. Shi, and Z.-W. Yan, Mod. Phys. Lett. B 34, 2050153 (2020); https://doi.org/10.1142/s0217984920501535.

V.A.Holovatsky, I.B. Frankiv, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 15(1-2), 88 (2013).

F.K. Boz, S. Aktas, A. Bilekkaya, S.E. Okan, Applied Surface Science 256(12), 3832 (2010); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.01.036.

I. Karabulut, S. Baskoutas, Journal of Applied Physics 103(7), 1 (2008); https://doi.org/10.1063/1.2904860.

Z. Zeng, C.S. Garoufalis, S. Baskoutas, A.F. Terzis, Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics 376 (42-43), 2712 (2012); https://doi.org/10.1016/j.physleta.2012.07.032.

Z. Zeng, C.S. Garoufalis, A.F. Terzis, S. Baskoutas, Journal of Applied Physics 114(2), 023510 (2013); https://doi.org/10.1063/1.4813094.

M. Cristea, E.C. Niculescua, European Phys. J. B, 85(6), 191 (2012); https://doi.org/10.1140/epjb/e2012-21051-2.

E.C. Niculescu, C. Stan, M. Cristea, C. Truscă, Chemical Physics, 493, 32 (2017); https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2017.06.004.

M. Cristea, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures 103, 300 (2018); https://doi.org/10.1016/j.physe.2018.06.019.

C.Heyn, C.A. Duque, Scientific Reports 10(1), 1 (2020); https://doi.org/10.1038/s41598-020-65862-9.

B. Çakir, U. Atav, Y. Yakar, A. Özmen, Chem. Phys. 475, 61 (2016); https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2016.06.010.

D.-M. Liu, W.-F. Xie, Commun. Theor. Phys. 51(5), 919 (2009); https://doi.org/10.1088/0253-6102/51/5/32.

E.B. Al, E. Kasapoglu, S. Sakiroglu, H. Sari, I. Sökmen, and C.A. Duque, Physica E 119, 114011 (2020); https://doi.org/10.1016/j.physe.2020.114011.

E.B. Al, E. Kasapoglu, H. Sari, I. Sökmen, Physica B: Condensed Matter 613, 412874 (2021); https://doi.org/10.1016/j.physb.2021.412874.

V.I. Boichuk, I.V. Bilynskyi, R.Y. Leshko, and L.M. Turyanska, Physica E 44(2), 476 (2011); https://doi.org/10.1016/j.physe.2011.09.025.

V.A. Holovatsky, M.Y. Yakhnevych, and O.M. Voitsekhivska, Condens. Matter Phys. 21, 13703 (2018); https://doi.org/10.5488/CMP.21.13703.

V.A. Holovatsky, I.B. Bernik, and M.Y. Yakhnevych, Physica B 508, 112 (2017); https://doi.org/10.1016/j.physb.2016.12.024.

V.A. Holovatsky, O.M. Voitsekhivska, and M.Y. Yakhnevych, Superlattices and Microstructures 116, 9 (2018); https://doi.org/10.1016/j.spmi.2018.02.006.

V. Holovatsky, M. Chubrey, and O. Voitsekhivska, Superlattices and Microstructures 145, 106642 (2020); https://doi.org/10.1016/j.spmi.2018.02.006.

A.S. Baimuratov, I.D. Rukhlenko, V.K. Turkov, I.O. Ponomareva, M.Y. Leonov, T.S. Perova, K. Berwick, A.V. Baranov, A.V. Fedorov, Scientific Reports, 4, 1 (2014); https://doi.org/10.1038/srep06917.

V.I. Boichuk, I.V. Bilynskyi, R.Y. Leshko, Condensed Matter Physics 13(1), 13702 (2010); https://doi.org/https://doi.org/10.5488/CMP.13.13702.

Y. Naimi, A.R. Jafari, Journal of Computational Electronics 11(4), 414 (2012); https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s10825-012-0421-z.

R. Kostić, D. Stojanović, Journal of Nanophotonics 6(1), 061606 (2012); https://doi.org/https://doi.org/10.1117/1.jnp.6.061606.

I.F.I. Mikhail, S.B.A. El Sayed, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures 43(7), 1371 (2011); https://doi.org/10.1016/j.physe.2011.03.007.

F. Rahimi, T. Ghaffary, Y. Naimi, H. Khajehazad, Optical and Quantum Electronics 53, 47 (2021); https://doi.org/10.1007/s11082-020-02695-w.

V. Holovatsky, I. Bernik, O. Voitsekhivska, Acta Phys. Pol. A, 125, 1 (2014); https://doi.org/10.12693/APhysPolA.125.93.

V.A. Holovatsky, O.M. Voitsekhivska, M.Y. Yakhnevych, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures 93, 295 (2017); https://doi.org/10.1016/j.physe.2017.06.019.

V. Holovatsky, I. Bernik, M. Yakhnevych, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 83 (2016); https://doi.org/10.1016/j.physe.2016.04.035.

M.V. Chubrey, V.A. Holovatsky, C.A. Duque, Philosophical Magazine, (in press) (2021); https://doi.org/10.1080/14786435.2021.1979267.