RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2022

 / 

Февраль

←  →

Обзоры актуальных проблем


Локализованные экситоны и трионы в полупроводниковых наносистемах

† , ‡ 
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Оптические свойства полупроводников и наногетероструктур на их основе вблизи края фундаментального поглощения определяются электрон-дырочными комплексами, такими как экситоны и трёхчастичные заряженные комплексы — трионы. Представлены результаты теоретических исследований строения и энергий связи локализованных экситонов и трионов в наносистемах в рамках вариационного подхода. Рассмотренный подход применим к широкому кругу полупроводниковых систем: от квантовых ям, проволок и точек на основе классических полупроводников III-V и II-VI до ван-дер-ваальсовых гетероструктур из монослоёв дихалькогенидов переходных металлов. Кроме того, обсуждаются многочастичные эффекты в структурах, содержащих резидентные носители заряда. Рассмотрение теоретических подходов сопровождается обсуждением экспериментальных результатов, широко представленных в литературе.

Текст pdf (1,4 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038867
Ключевые слова: экситон, трион, энергия связи, волновая функция, локализация, квантовая яма, монослои дихалькогенидов переходных металлов, вариационный метод, оптические спектры
PACS: 78.20.Bh, 78.30.Fs, 78.66.Li, 78.67-n, 78.67.De (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.11.038867
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2022/2/a/
000805351300002
2-s2.0-85126940785
2022PhyU...65..111S
Цитата: Семина М А, Сурис Р А "Локализованные экситоны и трионы в полупроводниковых наносистемах" УФН 192 121–142 (2022)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 18 августа 2020, доработана: 14 ноября 2020, 18 ноября 2020

English citation: Semina M A, Suris R A “Localized excitons and trions in semiconductor nanosystems” Phys. Usp. 65 111–130 (2022); DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038867

Список литературы (230) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (8) Похожие статьи (20)

  1. Frenkel J Phys. Rev. 37 17 (1931)
  2. Frenkel J Phys. Rev. 37 1276 (1931)
  3. Wannier G H Phys. Rev. 52 191 (1937)
  4. Mott N F Proc. R. Soc. Lond. A 167 384 (1938)
  5. Гросс Е Ф, Каррыев Н А ДАН СССР 84 261 (1952)
  6. Knox R S J. Phys. Chem. Solids 9 265 (1959)
  7. Knox R S Theory of Excitons (Solid State Physics. Supplement 5) (New York: Academic Press, 1963)
  8. Lampert M A Phys. Rev. Lett. 1 450 (1958)
  9. Urey H C Phys. Rev. 27 216 (1926)
  10. Bethe H Z. Phys. 57 815 (1929)
  11. Elkomoss S G, Amer A S Phys. Rev. B 11 2925 (1975)
  12. Stébé B, Munschy G Solid State Commun. 17 1051 (1975)
  13. Stébé B, Comte C Phys. Rev. B 15 3967 (1977)
  14. Combescot R Phys. Rev. B 100 245201 (2019)
  15. Kawabata T, Muro K, Narita S Solid State Commun. 23 267 (1977)
  16. Thomas G A, Rice T M Solid State Commun. 23 359 (1977)
  17. Stébé B et al Solid State Commun. 26 637 (1978)
  18. Bastard G et al Phys. Rev. B 26 1974 (1982)
  19. Schilling R, Mattis D C Phys. Rev. Lett. 49 808 (1982)
  20. Bobrysheva A I, Grodetskii M V, Zyukov V T J. Phys. C 16 5723 (1983)
  21. Stébé B, Ainane A Superlatt. Microstruct. 5 545 (1989)
  22. Kheng K et al Phys. Rev. Lett. 71 1752 (1993)
  23. Finkelstein G, Shtrikman H, Bar-Joseph I Phys. Rev. B 53 R1709 (1996)
  24. Brown J W, Spector H N Phys. Rev. B 35 3009 (1987)
  25. Degani M H, Hipólito O Phys. Rev. B 35 9345 (1987)
  26. Esser A, Zimmermann R, Runge E Phys. Status Solidi B 227 317 (2001)
  27. Tsuchiya T Int. J. Mod. Phys. B 15 3985 (2001)
  28. Otterburg T et al Phys. Rev. B 71 033301 (2005)
  29. Akiyama H et al Solid State Commun. 122 169 (2002)
  30. Ichida M et al Phys. Rev. B 65 241407 (2002)
  31. Wang Z et al Phys. Rev. Lett. 96 047403 (2006)
  32. Bulashevich K A, Suris R A, Rotkin S V Int. J. Nanosci. 2 521 (2003)
  33. Pedersen T G Phys. Rev. B 67 073401 (2003)
  34. Rønnow T F, Pedersen T G, Cornean H D Phys. Rev. B 81 205446 (2010)
  35. Grundmann M et al Phys. Rev. B 53 R10509 (1996)
  36. Wojs A, Hawrylak P Phys. Rev. B 51 10880 (1995)
  37. Hartmann A et al Phys. Rev. Lett. 84 5648 (2000)
  38. Novoselov K S et al Science 353 aac9439 (2016)
  39. Geim A K, Grigorieva I V Nature 499 419 (2013)
  40. Mak K F et al Phys. Rev. Lett. 105 136805 (2010)
  41. Splendiani A et al Nano Lett. 10 1271 (2010)
  42. Wang Q H et al Nat. Nanotechnol. 7 699 (2012)
  43. Mak K F, Shan J Nat. Photon. 10 216 (2016)
  44. Cadiz F et al Phys. Rev. X 7 021026 (2017)
  45. Xiao D et al Phys. Rev. Lett. 108 196802 (2012)
  46. Cao T et al Nat. Commun. 3 887 (2012)
  47. Chernikov A et al Phys. Rev. Lett. 113 076802 (2014)
  48. Wang G et al Rev. Mod. Phys. 90 021001 (2018)
  49. Дурнев М В, Глазов М М УФН 188 913 (2018); Durnev M V, Glazov M M Phys. Usp. 61 825 (2018)
  50. Dacal L C O et al Phys. Rev. B 65 115325 (2002)
  51. Filinov A V et al Phys. Rev. B 70 035323 (2004)
  52. Suris R A Optical Properties of 2D Systems with Interacting Electrons (NATO Science Series. Ser. II) Vol. 119 (Eds W J Ossau, R Suris) (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2003) p. 111
  53. Pines D Elementary Excitations in Solids (New York: W.A. Benjamin, 1963); Пер. на русск. яз., Пайнс Д Элементарные возбуждения в твердых телах (М.: Мир, 1965)
  54. Пикус Ф Г Физика и техника полупроводников 26 45 (1992); Pikus F G Sov. Phys. Semicond. 26 26 (1992)
  55. Bigenwald P et al Phys. Rev. B 61 15621 (2000)
  56. Bigenwald P et al Phys. Rev. B 63 035315 (2001)
  57. Cox R T et al Phys. Rev. B 69 235303 (2004)
  58. Suris R et al Phys. Status Solidi B 227 343 (2001)
  59. Courtade E et al Phys. Rev. B 96 085302 (2017)
  60. Mak K F et al Nat. Mater. 12 207 (2013)
  61. Ross J S et al Nat. Commun. 4 1474 (2013)
  62. Ivchenko E L Optical Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures (Harrow: Alpha Science, 2005)
  63. Reithmaier J-P, Höger R, Riechert H Phys. Rev. B 43 4933 (1991)
  64. Korobov V I Phys. Rev. A 61 064503 (2000)
  65. Bailey D H, Frolov A M J. Phys. B 35 4287 (2002)
  66. Karr J-Ph et al Can. J. Phys. 85 497 (2007)
  67. Chandrasekhar S Astrophys. J. 100 176 (1944)
  68. Varga K, Suzuki Y Phys. Rev. A 53 1907 (1996)
  69. Thilagam A Phys. Rev. B 55 7804 (1997)
  70. Сергеев Р А, Сурис Р А ФТТ 43 714 (2001); Sergeev R A, Suris R A Phys. Solid State 43 746 (2001)
  71. Hill R N Phys. Rev. Lett. 38 643 (1977)
  72. Larsen D M, McCann S Y Phys. Rev. B 45 3485 (1992)
  73. Sergeev R A, Suris R A Phys. Status Solidi B 227 387 (2001)
  74. Kormányos A et al 2D Mater. 2 022001 (2015)
  75. Рытова Н С Вестн. МГУ. Сер. Физ. Астрон. (3) 30 (1967); Rytova N S Moscow Univ. Phys. Bull. 22 (3) 18 (1967)
  76. Келдыш Л В Письма в ЖЭТФ 29 716 (1979); Keldysh L V JETP Lett. 29 658 (1979)
  77. Keldysh L V Phys. Status Solidi A 164 3 (1997)
  78. Berkelbach T C, Hybertsen M S, Reichman D R Phys. Rev. B 88 045318 (2013)
  79. Kezerashvili R Ya, Tsiklauri S M Few-Body Syst. 58 18 (2017)
  80. Asriyan N A et al Phys. Rev. B 99 085108 (2019)
  81. Семина М А ФТТ 61 2234 (2019); Semina M A Phys. Solid State 61 2218 (2019)
  82. Cudazzo P, Tokatly I V, Rubio A Phys. Rev. B 84 085406 (2011)
  83. Wu F, Qu F, MacDonald A H Phys. Rev. B 91 075310 (2015)
  84. Muljarov E A et al Phys. Rev. B 51 14370 (1995)
  85. Glazov M M, Chernikov A Phys. Status Solidi B 255 1800216 (2018)
  86. Robert C et al Phys. Rev. Mater. 2 011001 (2018)
  87. Fang H H et al Phys. Rev. Lett. 123 067401 (2019)
  88. Wang G et al Phys. Rev. B 90 075413 (2014)
  89. McCreary K M et al Sci. Rep. 6 35154 (2016)
  90. Shang J et al ACS Nano 9 647 (2015)
  91. Yu H et al Nat. Commun. 5 3876 (2014)
  92. Borghardt S et al Phys. Rev. B 101 161402 (2020)
  93. Cheiwchanchamnangij T, Lambrecht W R L Phys. Rev. B 85 205302 (2012)
  94. Van Tuan D, Yang M, Dery H Phys. Rev. B 98 125308 (2018)
  95. Szyniszewski M et al Phys. Rev. B 95 081301 (2017)
  96. He K et al Phys. Rev. Lett. 113 026803 (2014)
  97. Wang G et al Phys. Rev. Lett. 114 097403 (2015)
  98. Larentis S et al Phys. Rev. B 97 201407 (2018)
  99. Pisoni R et al Phys. Rev. Lett. 121 247701 (2018)
  100. Glazov M M et al Phys. Rev. B 100 041301 (2019)
  101. Arora A et al Phys. Rev. Lett. 123 167401 (2019)
  102. Kośmider K, González J W, Fernández-Rossier J Phys. Rev. B 88 245436 (2013)
  103. Пикус Г Е, Аверкиев Н С Письма в ЖЭТФ 34 28 (1981); Pikus G E, Averkiev N S JETP Lett. 34 26 (1981)
  104. Otterburg T et al Phys. Rev. B 71 033301 (2005)
  105. Finkelstein G, Shtrikman H, Bar-Joseph I Phys. Rev. Lett. 74 976 (1995)
  106. Shields A J et al Phys. Rev. B 51 18049 (1995)
  107. Finkelstein G, Shtrikman H, Bar-Joseph I Phys. Rev. B 53 R1709 (1996)
  108. Loudon R Am. J. Phys. 27 649 (1959)
  109. Javanainen J, Eberly J H, Su Q Phys. Rev. A 38 3430 (1988)
  110. Su Q, Eberly J H, Javanainen J Phys. Rev. Lett. 64 862 (1990)
  111. Zhang F C, Das Sarma S Phys. Rev. B 33 2903 (1986)
  112. Jauregui K, Häusler W, Kramer B Europhys. Lett. 24 581 (1993)
  113. Schulz H J Phys. Rev. Lett. 71 1864 (1993)
  114. Fabrizio M, Gogolin A O, Scheidl S Phys. Rev. Lett. 72 2235 (1994)
  115. Egger R, Grabert H Phys. Rev. B 55 9929 (1997)
  116. Семина М А, Сергеев Р А, Сурис Р А ФТП 42 1459 (2008); Semina M A, Sergeev R A, Suris R A Semiconductors 42 1427 (2008)
  117. Chaplik A V Phys. Low-Dim. Struct. 9/10 131 (1999)
  118. Szafran B et al Phys. Rev. B 71 235305 (2005)
  119. Sidor Y, Partoens B, Peeters F M Phys. Rev. B 77 205413 (2008)
  120. Slachmuylders A F et al Phys. Rev. B 76 075405 (2007)
  121. Sergeev R A et al Eur. Phys. J. B 47 541 (2005)
  122. Дремин А А, Ларионов А В, Тимофеев В Б ФТТ 46 168 (2004); Dremin A A, Larionov A V, Timofeev V B Phys. Solid State 46 170 (2004)
  123. Kukushkin I V et al Semicond. Sci. Technol. 26 014023 (2011)
  124. Butov L V et al Phys. Rev. Lett. 73 304 (1994)
  125. Lobanov S V, Gippius N A, Butov L V Phys. Rev. B 94 245401 (2016)
  126. Peeters F M, Golub J E Phys. Rev. B 43 5159 (1991)
  127. Dignam M M, Sipe J E Phys. Rev. B 43 4084 (1991)
  128. Bigenwald P, Gil B Phys. Rev. B 51 9780 (1995)
  129. Shields A J et al Phys. Rev. B 55 1318 (1997)
  130. Кулаковский Д В, Лозовик Ю Е Письма в ЖЭТФ 76 598 (2002); Kulakovskii D, Lozovik Yu JETP Lett. 76 516 (2002)
  131. Timofeev V B et al Phys. Rev. B 60 8897 (1999)
  132. Сергеев Р А, Сурис Р А ФТП 37 1235 (2003); Sergeev R A, Suris R A Semiconductors 37 1205 (2003)
  133. Семина М А, Сурис Р А Письма в ЖЭТФ 94 614 (2011); Semina M A, Suris R A JETP Lett. 94 574 (2011)
  134. Greene R L, Lane P Phys. Rev. B 34 8639 (1986)
  135. Blom A et al Phys. Rev. B 65 155302 (2002)
  136. Fock V Z. Phys. 98 145 (1935)
  137. Pauli W (Jr.) Z. Phys. 36 336 (1926)
  138. Jauch J M, Hill E L Phys. Rev. 57 641 (1940)
  139. Parfitt D G W, Portnoi M E J. Math. Phys. 43 4681 (2002)
  140. Mota R D et al J. Phys. A 35 2979 (2002)
  141. Calman E V et al Nat. Commun. 9 1895 (2018)
  142. Jin C et al Nature 567 76 (2019)
  143. Seyler K L et al Nature 567 66 (2019)
  144. Tran K et al Nature 567 71 (2019)
  145. Gerber I C et al Phys. Rev. B 99 035443 (2019)
  146. Slobodeniuk A O et al 2D Mater. 6 025026 (2019)
  147. Bondarev I V Mod. Phys. Lett. B 30 1630006 (2016)
  148. Bondarev I V, Vladimirova M R Phys. Rev. B 97 165419 (2018)
  149. Berman O L, Kezerashvili R Ya Phys. Rev. B 96 094502 (2017)
  150. Brunetti M N, Berman O L, Kezerashvili R Ya J. Phys. Condens. Matter 30 225001 (2018)
  151. Kezerashvili R Ya, Spiridonova A Phys. Rev. Res. 3 033078 (2021)
  152. Riva C, Peeters F M, Varga K Phys. Rev. B 61 13873 (2000)
  153. Peeters F M, Riva C, Varga K Physica B 300 139 (2001)
  154. Wojtowicz G K T, Kutrowski M, Kossut J Acta Phys. Polon. A 94 199 (1998)
  155. Huard V et al Phys. Rev. Lett. 84 187 (2000)
  156. Kochereshko V P et al Phys. Status Solidi B 221 345 (2000)
  157. Yan Z C et al Phys. Rev. B 52 5907 (1995)
  158. Kaur R et al Phys. Status Solidi A 178 465 (2000)
  159. Esser A et al Phys. Rev. B 62 8232 (2000)
  160. Kheng K, Saminadayar K, Magnea N J. Crystal Growth 184-185 849 (1998)
  161. Homburg O et al Phys. Rev. B 62 7413 (2000)
  162. Astakhov G V et al Phys. Rev. B 65 165335 (2002)
  163. Petroff P M J. Vac. Sci. Technol. 14 973 (1977)
  164. Weisbuch C et al J. Vac. Sci. Technol. 17 1128 (1980)
  165. Bastard G et al Phys. Rev. B 29 7042 (1984)
  166. Delalande C, Meynadier M H, Voos M Phys. Rev. B 31 2497 (1985)
  167. Bracker A S et al Phys. Rev. B 72 035332 (2005)
  168. Thornton T J et al Phys. Rev. Lett. 63 2128 (1989)
  169. Notomi M, Okamoto M, Tamamura T J. Appl. Phys. 75 4161 (1994)
  170. Quang D N, Tung N H Phys. Rev. B 62 15337 (2000)
  171. Барановский С Д, Эфрос А Л ФТП 12 2233 (1978); Baranovskii S D, Efros A L Sov. Phys. Semicond. 12 1328 (1978)
  172. Baranovskii S D et al Phys. Rev. B 48 17149 (1993)
  173. Litvinov V I, Razeghi M Phys. Rev. B 59 9783 (1999)
  174. Bryant G W Phys. Rev. B 29 6632 (1984)
  175. Brown J W, Spector H N J. Appl. Phys. 59 1179 (1986)
  176. Bastard G Phys. Rev. B 24 4714 (1981)
  177. Harris C I et al Phys. Rev. B 51 13221 (1995)
  178. Кулаковский В Д, Бутов Л В УФН 165 229 (1995); Kulakovskii V D, Butov L V Phys. Usp. 38 219 (1995)
  179. Hawrylak P, Wojs A Semicond. Sci. Technol. 11 1516 (1996)
  180. Hawrylak P Phys. Rev. B 60 5597 (1999)
  181. Bacher G et al Phys. Rev. Lett. 83 4417 (1999)
  182. Bimberg D, Grundmann M, Ledenstov N N Quantum Dot Heterostructures (New York: Wiley, 1999)
  183. Bayer M et al Phys. Rev. B 65 195315 (2002)
  184. Urbaszek B et al Phys. Rev. Lett. 90 247403 (2003)
  185. Karrai K et al Nature 427 135 (2004)
  186. Durnev M V et al Phys. Rev. B 87 085315 (2013)
  187. Durnev M V et al Phys. Rev. B 93 245412 (2016)
  188. Luo J-W, Bester G, Zunger A Phys. Rev. B 79 125329 (2009)
  189. Семина М А, Сергеев Р А, Сурис Р А ФТП 40 1373 (2006); Semina M A, Sergeev R A, Suris R A Semiconductors 40 1338 (2006)
  190. Semina M A, Sergeev R A, Suris R A Physica E 40 1357 (2008)
  191. Семина М А, Сергеев Р А, Сурис Р А ФТП 43 1222 (2009); Semina M A, Sergeev R A, Suris R A Semiconductors 43 1182 (2009)
  192. Геворкян Г С, Лозовик Ю Е ФТТ 27 1800 (1985); Gevorkyan G S, Lozovik Yu E Sov. Phys. Solid State 27 1079 (1985)
  193. Que W Phys. Rev. B 45 11036 (1992)
  194. Dresselhaus G Phys. Rev. 100 580 (1955)
  195. Dyakonov M I (Ed., Springer Series in Solid-State Sciences) Vol. 157 2nd ed. (Berlin: Springer, 2017)
  196. Luttinger J M, Kohn W Phys. Rev. 97 869 (1955)
  197. Dresselhaus G, Kip A F, Kittel C Phys. Rev. 98 368 (1955)
  198. Koster G F et al Properties of the Thirty-Two Point Groups (M.I.T. Press Research Monographs, No. 34) (Cambridge, MA: M.I.T. Press, 1963)
  199. Пикус Г Е, Марущак В А, Титков А Н ФТП 22 185 (1988); Pikus G E, Marushchak V A, Titkov A N Sov. Phys. Semicond. 22 115 (1988)
  200. Luttinger J M Phys. Rev. 102 1030 (1956)
  201. Недорезов С С ФТТ 12 2269 (1970); Nedorezov S S Sov. Phys. Solid State 12 1814 (1971)
  202. Broido D A, Sham L J Phys. Rev. B 31 888 (1985)
  203. Efros Al L et al Phys. Rev. B 54 4843 (1996)
  204. Гупалов С В, Ивченко Е Л ФТТ 42 1976 (2000); Gupalov S V, Ivchenko E L Phys. Solid State 42 2030 (2000)
  205. Baldereschi A, Lipari N Phys. Rev. B 8 2697 (1973)
  206. Baldereschi A, Lipari N O Phys. Rev. B 9 1525 (1974)
  207. Гельмонт Б Л, Дьяконов М И ФТП 5 2191 (1971); Gel'mont B L, D'yakonov M I Sov. Phys. Semicond. 5 1905 (1972)
  208. Гельмонт Б Л, Дьяконов М И ФТП 7 2013 (1973); Gel'mont B L, D'yakonov M I Sov. Phys. Semicond. 7 1345 (1973)
  209. Kane E O Phys. Rev. B 11 3850 (1975)
  210. Kohn W, Schechter D Phys. Rev. 99 1903 (1955)
  211. Коган Ш М, Полупанов А Ф ЖЭТФ 80 394 (1981); Kogan Sh M, Polupanov A F Sov. Phys. JETP 53 201 (1981)
  212. Аверкиев Н С, Родина А В ФТТ 35 1051 (1993); Averkiev N S, Rodina A V Sov. Phys. Solid State 35 538 (1993)
  213. Меркулов И А, Родина А В ФТП 28 321 (1994); Merkulov I A, Rodina A V Semiconductors 28 195 (1994)
  214. Miller R C et al Phys. Rev. B 25 3871 (1982)
  215. Zhao Q X et al Phys. Rev. B 63 195317 (2001)
  216. Davies J H The Physics of Low-Dimensional Semiconductors: An Introduction (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1998)
  217. Ivchenko E L, Pikus G E Superlattices and Other Heterostructures: Symmetry and Optical Phenomena (Berlin: Springer, 1997)
  218. Семина М А, Сурис Р А ФТП 45 947 (2011); Semina M A, Suris R A Semiconductors 45 917 (2011)
  219. Алейнер И Л, Ивченко Е Л Письма в ЖЭТФ 55 662 (1992); Aleiner I L, Ivchenko E L JETP Lett. 55 692 (1992)
  220. Ivchenko E L, Kaminski A Yu, Rössler U Phys. Rev. B 54 5852 (1996)
  221. Hawrylak P Phys. Rev. B 44 3821 (1991)
  222. Yakovlev D R et al Phys. Rev. Lett. 79 3974 (1997)
  223. Koudinov A V et al Phys. Rev. Lett. 112 147402 (2014)
  224. Chang Y-C, Shiau S-Y, Combescot M Phys. Rev. B 98 235203 (2018)
  225. Spink G G et al Phys. Rev. B 94 041410 (2016)
  226. Schmidt R et al Rep. Prog. Phys. 81 024401 (2018)
  227. Anderson P W Phys. Rev. Lett. 18 1049 (1967)
  228. Sidler M et al Nat. Phys. 13 255 (2017)
  229. Efimkin D K, MacDonald A H Phys. Rev. B 95 035417 (2017)
  230. Glazov M M J. Chem. Phys. 153 034703 (2020)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение