Свободные и связанные состояния экситонов в перколяционном кластере квантовых точек ZnSe в диэлектрической матрице

Abstract

Получены результаты исследований двухфазной системы (боросиликатное стекло с квантовыми точками ZnSe), которые позволили объяснить особенности механизма образования фазового перколяционного перехода экситонов в массиве квантовых точек при критической их концентрации и размере, а также вклад, вносимый в этот переход диэлектрическим рассогласованием ZnSе и матрицы. На примере данной двухфазной системы впервые обнаружены, кроме свободных (подвижных), связанные (неподвижные) состояния экситонов в таком сложном фрактальном объекте, как перколяционный кластер квантовых точек. Такие связанные (неподвижные) состояния напоминают экситоны второго типа в сверхрешетках или примесные состояния в объемных полупроводниках. Показано, что поляризация границы раздела двухфазной системы является основным источником этих неподвижных состояний, энергия которых сложным образом зависит от радиуса квантовых точек и среднего расстояния между ними в перколяционном кластере.

Отримано результати досліджень двофазної системи (боросилікатне скло з квантовими точками ZnSe), які дозволили пояснити особливості механізму утворення фазового переходу перколювання екситонів в масиві квантових точок при критичній їх концентрації та розмірі, а також вклад, що вноситься в цей перехід діелектричним розузгодженням ZnSе і матриці. На прикладі цієї двофазної системи уперше виявлено, окрім вільних (рухливих), зв'язані (нерухомі) стани екситонів в такому складному фрактальному об'єкті, як перколяційний кластер квантових точок. Такі пов'язані (нерухомі) стани нагадують екситони другого типу в надгратках або домішкові стани в об'ємних напівпровідниках. Показано, що поляризація межі розділу двофазної системи є основним джерелом цих нерухомих станів, енергія яких складним чином залежить від радіусу квантових точок і середньої відстані між ними в перколяційному кластері.

Two-phase systems (borosilicate glasses with ZnSe quantum dots) were studied. The results obtained provided an insight both into the mechanism of the formation of a phase percolation transition of excitons in the array of quantum dots at the critical concentration and radii and the contribution of dielectric mismatch between ZnSe and matrix to the transition. Using the above two-phase system as an example, it was found for the first time that such a complex fractal object as the percolation cluster of quantum dots had not only free (mobile) states but bound (immobile) ones well. This bound (immobile) states resemble the type-II excitons in superlattices or the impurity states in bulk semiconductors. It is shown that the polarization of the two-phase system interface is the main source of these immobile states whose energy is dependent on size of quantum dots and their average separation.