Електронно-дірковий упорядкований конденсат як пер-спективне лазерне 2D середовище для кімнатних температур

V.G. Lytovchenko; L.L. Fedorenko; D.V. Korbutyak; M.V. Strikha

doi:10.15407/ujpe66.7.612

Електронно-дірковий упорядкований конденсат як пер-спективне лазерне 2D середовище для кімнатних температур

Автор(и)

V.G. Lytovchenko V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
L.L. Fedorenko V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
D.V. Korbutyak V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
M.V. Strikha V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Faculty of Radiophysics, Electronics, and Computer Systems

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe66.7.612

Ключові слова:

електронно-дiрковий конденсат, екситонний континуум, центри захоплення, 2D екситони, макрокюветний резонатор, вимушене випромiнювання

Анотація

На основi теоретичних i експериментальних результатiв, отриманих авторами, та детального лiтературного огляду зроблено порiвняльний аналiз процесiв формування i утримування електронно-дiркового (ЕД) екситонного континууму у 3D та 2D напiвпровiдниках. За дiаграмами фазового стану, спектрами фотолюмiнесценцiї i люкс-люксовими залежностями продемонстровано суттєве збiльшення енергiї екситонного зв’язку E_ex та стабiльностi ЕД континууму в 2D порiвняно з 3D випадком. Розглянуто вплив визначальних фiзичних чинникiв, вiдповiдальних за пiдвищення E_ex та стабiльнiсть ЕД континууму у випадку 2D: зв’язування екситонiв на мiлких домiшкових центрах, сил дзеркального вiдображення та кореляцiйного чинника. Розглянуто особливостi екситонно-поляритонного та електронно-дiркового континуумiв з урахуванням статистик Бозе–Ейнштейна та Фермi–Дiрака з урахуванням можливостi формування e-h кристала. Сформульованi завдання для подальшого теоретичного розгляду, а також названо переваги i перспективи використання макрорезонаторних 2D кювет, що не потребують складної та витратної МПЕ технологiї, для створення оптоелектронних пристроїв нового поколiння.

Посилання

V.G. Litovchenko, D.V. Korbutyak, Yu.V. Kryuchenko. Investigation of collective properties of excitons in polar semiconductors (ZnO). J. Exper. Theor. Phys. 6, 1965 (1981).

D.V. Korbutyak, V.G. Litovchenko. Electron-hole condensate in semiconductors with high energy of an exciton bond. Phys. Solid State 23, 1411 (1981).

V.I. Sugakov. Islands of exciton condensed phases in a two-dimensional system, the distribution of their sizes and coherence in position. Solid State Commun. 134, 63 (2005).

https://doi.org/10.1016/j.ssc.2004.07.078

Yu.E. Lozovik, O.L. Berman. Phase transitions in a system of spatially separated electrons and holes. Zh. Tekhn. Fiz. 111, 1879 (1997) (in Russian).

V.G. Lytovchenko, D.V.Korbutyak. The parameters of quasi-two-dimensional electron-hole plasma stimulated by laser radiation. Surf. Sci. 170, 671 (1986).

https://doi.org/10.1016/0039-6028(86)91038-1

V.G. Litovchenko, A.A. Grygoriev. Electron-hole Fermi liquid in nanosized semiconductor structures. Semiconductor Phys. Quant. Electron. Optoelectron. 13, 51 (2010).

https://doi.org/10.15407/spqeo13.01.051

V.N. Dobrovolsky, V.G. Litovchenko. Surface Electronic Transport Phenomena in Semiconductors (Clarendon Press, 1991).

O. Bystrenko, A. Zagorodny. Screening of dust grains in a weakly ionized gas: Effects of charging by plasma currents. Phys. Rev. E 67, 066403 (2002).

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.67.066403

E.I. Rashba, G.E. Gergenishvili. Edge absorption theory in semiconductors. Sov. Phys. Solid. State 4, 759 (1962).

Yu.V. Lozovik, V.N. Nishanov. Wannier-Mott excitons in layered structures near the interface of two media. Fiz. Tverd. Tela 18, 3267 (1976) (in Russian).

V.G. Litovchenko. Characteristics of quasi-two-dimensional excitons in solids. Physics and plasmons at various concentrations. Surf. Sci. 73, 446 (1978).

https://doi.org/10.1016/0039-6028(78)90523-X

R.S. Knox. Theory of Excitons (Academic Press., 1963).

A. Akhiezer, I. Pomeranchuk. On thermal equilibrium between the spins and the lattice. Zh.'Eksp. Teor. Fiz. 14, 342 (1944) (in Russian).

E. Wigner. Effects of the electron interaction on the energy levels of electrons in metals. Trans. Faraday Soc. 34, 678 (1938).

https://doi.org/10.1039/tf9383400678

D.M. Bagnall, Y.F. Chen, M.Y. Shen, Z. Zhu, T. Goto, T. Yao. Room temperature excitonic stimulated emission from zinc oxide epilayers grown by plasma-assisted MBE. J. Cryst. Growth 184/185, 6055609 (1998).

https://doi.org/10.1016/S0022-0248(98)80127-9

X. Zheng, X. Zhang. Excitons in two-dimensional materials. In: Advances in Condensed-Matter and Materials Physics. Edited by J. Thirumalai, S.I. Pokutnyi (IntechOpen, 2020), Ch. 2, p. 809 [ISBN: 978-1-83880-555-5].

https://doi.org/10.5772/intechopen.90042

M. Wouters, I. Carusotto. Excitations in a nonequilibrium Bose-Einstein condensate of exciton-polaritons. Phys. Rev. Lett. 99, 140402 (2007).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.140402

Zh. Wang, H. Sun, Q. Zhang, J. Feng, J.Zhang, Y. Li, Cun-Zheng. Excitonic complexes and optical gain in two-dimensional molybdenum ditelluride well below the Mott transition. Science & Applications. Offi c. J. CIOMP 2047 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41377-020-0278-z

A.N. Gruzintsev, V.T. Volkov, C. Barthou, P. Benalloul. Spontaneous and stimulated emission from magnetron-

deposited ZnO-SiO2-Si thin-fi lm cavities. Semiconductors 36, 701 (2002).

https://doi.org/10.1134/1.1485674

Surface Polaritons: Electromagnetic Waves at Surfaces and Interfaces. Edited by V.M. Agranovich, D.L. Mills (North-Holland, 1982).

N.L. Dmitruk, V.G. Litovchenko, and V.L. Strizhevskii, Surface Polaritons in Semiconductors and Insulators (Naukova Dumka, 1989) (in Russian).

L. Zhanga, W. Xiea, J. Wanga, A. Poddubny, J. Lua, Y. Wanga, J. Gua, W. Liua, D. Xua, X. Shena, Y G. Rubo, B.L. Altshuler, A. V. Kavokin, Zh. Chena. Weak lasing in one-dimensional polariton superlattices. PNAS 112 (13), E1516 (2015).

https://doi.org/10.1073/pnas.1502666112

A. Amo, D. Sanvitto, F.P. Laussy, D. Ballarini, E. del Valle, M.D. Martin, A. Lemaˆıtre, J. Bloch, D.N. Krizhanovskii, M.S. Skolnick, C. Tejedor, L. Vi˜na. Collective fluid dynamics of a polariton condensate in a semiconductor microcavity. Nature Lett. 457, 291 (2009). https://doi.org/10.1038/nature07640

C. Weisbuch, M. Nishioka, A. Ishikawa, Y. Arakawa. Observation of the coupled exciton-photon mode splitting in a semiconductor quantum microcavity. Phys. Rev. Lett. 69, 3314 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.3314

D.V. Korbutyak, V.G. Lytovchenko, M.V. Strikha. 2D semiconductor structures as a basis for new high-tech devices (Review). SPQEO 21, 380 (2018). https://doi.org/10.15407/spqeo21.04.380

Downloads

Опубліковано

2021-08-04

Як цитувати

Lytovchenko, V., Fedorenko, L., Korbutyak, D., & Strikha, M. (2021). Електронно-дірковий упорядкований конденсат як пер-спективне лазерне 2D середовище для кімнатних температур. Український фізичний журнал, 66(7), 612. https://doi.org/10.15407/ujpe66.7.612

Завантажити посилання

Номер

Том 66 № 7 (2021)

Розділ

Напівпровідники і діелектрики

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.