Многозонная резонансная спектрометрия неупругого электронного рассеяния света и проявление сильного спин-орбитального взаимодействия в наноструктурах с квантовыми точками

Abstract

Созданы высокочувствительные методы спектрометрии неупругого рассеяния света для детектирования отдельных фотонов в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра (0.4-1.35) μm. Выполнены прецизионные оптические измерения колебательных и электронных состояний наноструктур с квантовыми объектами, на примере квантово-размерных наногетероструктур (311)В si-GaAs/InAs с квантовыми точками InAs. Отличительной привлекательной особенностью таких структур с вырожденной валентной зоной симметрии 8 является наличие сильного спин-орбитального взаимодействия. При этом собственный момент дырок может эффективно взаимодействовать с электрическим полем падающей световой волны. Обнаружено, что такое взаимодействие вызывает интенсивную люминесценцию и неупругое рассеяние световой волны в ИК-области спектра 0.9-1.35 μm. В условиях резонансного возбуждения выявлена эффективная генерация неравновесной электрон-дырочной (e-h) плазмы c концентрациями n=p=1.0·1017 cm-3 и T_e=T_h=25 K, в то время как температура решетки T_L=5.1 K. Обнаружены новые механизмы формирования аномально интенсивного интеграционного спектра мультиплексного неупругого рассеяния света довольно сложной формы, образуемой различными разделяемыми резонансными вкладами процессов квазиупругого рассеяния носителями заряда, рассеяния света акустическими плазмонами электрон-дырочной плазмы, а также неупругого внутри- и междуподзонного рассеяния света тяжелыми дырками. Установлено, что аномальное усиление интенсивности такого многозонного селективного резонансного рассеяния света более чем в 105 раз превышает интенсивность томсоновского рассеяния света на отдельных носителях заряда. Наблюдается согласие между оценочным расчетным и экспериментальным спектрами, причем большей частью для сложно интерпретируемой значительной ширины наблюдаемой линии рассеяния света. Показано, что новые механизмы различных вкладов образования рассеянного излучения фотонов являются важными диагностическими элементами, отчетливо проявляющимися в спектрах результирующего усиленного неупругого рассеяния света. Ключевые слова: наноструктуры, квантовые объекты, резонансное рассеяние света носителями заряда, обменное взаимодействие, диагностика плазмы.