Особенности спектров внутрицентровых оптических переходов в квантовых молекулах с квазистационарными $D_2^-$ -состояниями в электрическом поле

Актуальность и цели. Интерес к оптическим свойствам туннельно-связанных полупроводниковых наноструктур с примесными квазистационарными состояниями связан с возможностью создания новых источников стимулированного излучения на основе внутрицентровых оптических переходов. Целью данной работы является теоретическое исследование особенностей спектров внутрицентровых оптических переходов в квантовых молекулах с квазистационарными $D_2^-$-состояниями, связанных с наличием 1D-диссипативного туннелирования с учетом влияния двух локальных фононных мод во внешнем электрическом поле. Материалы и методы. Расчет средних энергий связи примесных квазистационарных состояний проведен методом потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы. Выражения для вероятности излучательного перехода и вероятности фотовозбуждения $D_2^-$-центра получены в рамках теории возмущений в дипольном приближении. Результаты. Получены дисперсионные уравнения, определяющие среднюю энергию связи и уширение уровней квазистационарных g- и u-состояний во внешнем электрическом поле при наличии туннельного распада. В дипольном приближении получена аналитическая формула для вероятности излучательного перехода электрона с квазистационарного u-состояния в квазистационарное g-состояние $D_2^-$-центра в квантовой точке при наличии внешнего электрического поля и 1D-диссипативного туннелирования с участием двух локальных фононных мод. В дипольном приближении получена аналитическая формула для вероятности фотовозбуждения $D_2^-$-центра, связанного с оптическим переходом электрона с квазистационарного g-состояния в квазистационарное u-состояние $D_2^-$-центра во внешнем электрическом поле. Выводы. Показано, что зависимости средней энергии связи и уширения энергетических уровней квазистационарных g- и u-состояний от величины внешнего электрического поля имеют характерные провалы, которые проявляются в полевой зависимости вероятности излучательного перехода в виде резонансных пиков. Установлено, что кривая зависимости вероятности излучательного перехода от напряженности внешнего электрического поля содержит три пика. Самый левый пик появляется, когда энергия излучаемого фотона сравнима со средней энергией оптического перехода. Остальные два пика разделены провалом и обусловлены наличием двух локальных фононных мод. Показано, что положение спектральной кривой фотовозбуждения существенно зависит от величины внешнего электрического поля и таких параметров 1D-диссипативного туннелирования, как температура, частоты фононных мод и константа взаимодействия с контактной средой, оказывающих существенное влияние на расстояние между энергетическими уровнями квазистационарных g- и u-состояний $D_2^-$-центра в квантовой молекуле. Во внешнем электрическом поле открывается возможность эффективного управления временем жизни квазистационарых $D_2^-$-состояний и соответственно внутрицентровыми оптическими переходами, что может быть использовано при разработке новых источников стимулированного излучения терагерцового диапазона частот.