Эффекты 2D-диссипативного туннелирования в спектрах рекомбинационного излучения взаимодействующих квантовых точек во внешнем электрическом поле

Актуальность и цели. Квантовые точки (КТ) обладают уникальными оптическими свойствами, которые нашли широкое применение в оптоэлектронике, биологии и медицине. Проблема управления спектрально-люминесцентными свойствами КТ инициировала исследования механизмов взаимодействия КТ между собой и с окружающей матрицей. Такие взаимодействия при определенных условиях могут существенно модифицировать излучательные свойства КТ, что скажется на характеристиках лазерных структур и биосенсоров на их основе. Целью настоящей работы является теоретическое исследование влияния 2D-диссипативного туннелирования в системе «КТ - окружающая матрица», а также парного электростатического взаимодействия КТ с примесными комплексами ($A^+ + e$), на рекомбинационное излучение, связанное с оптическим переходом электрона из основного состояния КТ в квазистационарное $A^+$-состояние во внешнем электрическом поле. Материалы и методы. Взаимодействие электрона, находящегося в основном состоянии КТ, и дырки, локализованной на $A^+$-центре, рассматривалось в рамках адиабатического приближения. Дисперсионные уравнения, определяющие зависимость энергии связи дырки в примесном комплексе ($A^+ + e$) в сферически симметричной КТ от величины внешнего электрического поля и параметров диссипативного туннелирования, получены в рамках модели потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы. Расчет спектральной интенсивности рекомбинационного излучения (СИРИ) в КТ с примесным комплексом ($A^+ + e$) во внешнем электрическом поле выполнен в дипольном приближении. Влияние электрического поля на основное состояние электрона в КТ учитывалось во втором порядке теории возмущений. Численные расчеты и построение графиков проводились для полупроводниковой квантовой точки на основе InSb с помощью символьной математики Mathcad 14 и Wolfram Mathematica 9. Вероятность 2D-диссипативного туннелирования вычислена с экспоненциальной точностью для модельного 2D-осцилляторного потенциала при конечной температуре с учетом линейного взаимодействия с фононными модами окружающей среды в одноинстантонном квазиклассическом приближении. Результаты. Показано, что полевая зависимость энергии связи квазистационарного $A^+$-состояния имеет осциллирующий характер, связанный с квантовыми биениями, которые возникают при параллельном 2D-туннельном переносе. Найдено, что кривые СИРИ имеют характерный излом, соответствующий точке 2D-бифуркации, которая возникает при смене режимов туннелирования во взаимодействующей паре КТ с синхронного на асинхронный. Установлено, что в окрестности точки 2D-бифуркации имеют место нерегулярные осцилляции в СИРИ, связанные с режимами квантовых биений, когда появляются конкурирующие траектории туннельного переноса. Найдено, что параметры диссипативного туннелирования: температура, частота фононной моды, константа взаимодействия с контактной средой, постоянная взаимодействия КТ, оказывают существенное влияние на амплитуду квантовых биений и положение точки 2D-бифуркации в СИРИ. Выводы. Учет взаимодействия КТ с окружающей матрицей приводит к существенной модификации СИРИ, что проявляется в виде точек бифуркации и квантовых биений, зависящих от параметров диссипативного туннелирования. Учет парного взаимодействия КТ между собой посредством дырочного расталкивания в комплексах ($A^+ + e$) приводит к подавлению рекомбинационного излучения с ростом постоянной взаимодействия.