FEATURES OF POLARIZED LUMINESCENCE OF AN INHOMOGENEOUS ENSEMBLE OF LOCALIZED EXCITONS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

. The paper considers the features of polarized luminescence induced by a magnetic field in an ensemble of localized excitons. It was found that: 1) in an inhomogeneous ensemble, the splitting of photoluminescence bands in a magnetic field in the right and left circular polarizations may exceed the value of the Zeeman splitting of individual excitons in the ensemble by orders of magnitude; 2) the lower photoluminescence band in terms of energy may have a lower intensity than the upper one, at first glance contradicting the Boltzmann energy distribution; 3) the sign of the circular polarization of photoluminescence may vary along the contour of the radiation band. It is shown that in an inhomogeneous ensemble, all these features are explained by the pendence of the exciton g-factor on its localization energy.

About the authors

L. V. Kotova

Ioffe Institute

Email: kotova@mail.ioffe.ru
Russian Federation, 194021, St. Petersburg

V. P. Kochereshko

Ioffe Institute

Author for correspondence.
Email: kotova@mail.ioffe.ru
Russian Federation, 194021, St. Petersburg

References

  1. D. G. Thomas and J. J. Hopfield, Bound Exciton Complexes, Phys. Rev. Lett. 7, 316 (1961).
  2. V. P. Kochereshko and I. N. Uraltsev, Polarized Magnetoluminescence Study of Confinement Effects on Shallow Acceptors in: Semiconductors and Insulators: Optical and Spectroscopic Research, Nova Sci. Publ. Inc. (1992).
  3. T. S. Shamirzaev, J. Rautert, D. R. Yakovlev et al., Spin Dynamics and Magnetic Field Induced Polarization of Excitons in Ultrathin GaAs/AlAsQuantum Wells with Indirect Band Gap and Type-II Band Alignment, Phys. Rev. B 96, 035302 (2017).
  4. T. S. Shamirzaev, J. Rautert, D. R. Yakovlev et al., Exciton Recombination and Spin Relaxation in Strong Magnetic Fields in Ultrathin (In, Al)As/AlAs Quantum Wells with Indirect Band Gap and Type-I Band Alignment, Phys. Rev. B 104, 045305 (2021).
  5. E. L. Ivchenko, Magnetic Circular Polarization of Exciton Photoluminescence, Phys. Sol. St. 60, 1514 (2018).
  6. D. R. Yakovlev, A. V. Platonov, E. L. Ivchenko et al., Hidden In-Plane Anisotropy of Interfaces in Zn(Mn)Se/BeTe Quantum Wells with a Type-II Band Alignment, Phys. Rev. Lett. 88, 2574011 (2002).
  7. D. Andronikov, V. Kochereshko, A. Platonov et al., Singlet and Triplet Trion States in High Magnetic Fields: Photoluminescence and Reflectivity Spectra of Modulation-Doped CdTe/Cd0.7Mg0.3Te Quantum Wells, Phys. Rev. B 72, 165339 (2005).
  8. I. N. Uraltsev, V. P. Kochereshko, V. S. Vikhnin et al., Polarized Luminescence Study of Shallow Acceptors in Short-Period Superlattices, Materials Science Forum 65-66 (1990), p. 111, Proc. 4 Int. Conf. Shallow Impurities in Semiconductors, London (1990).
  9. H. P. Gislason, B. Monemar, P. J. Bean et al., Photoluminescence Studies of the 1.911-eV Cu-Related Complex in GaP, Phys. Rev. B 26, 827 (1982).
  10. S. Pemogorov, A. Reznitsky, S. Verbin, and V. Lysenko, Exciton Mobility Edge in CdS1−xSex Solid Solutions, Sol. St. Commun. 47, 5 (1983).
  11. D. Gammon, E. S. Snow, B. V. Shanabrook et al., Fine Structure Splitting in the Optical Spectra of Single GaAs Quantum Dots, Phys. Rev. Lett. 76, 3005 (1996).
  12. С. В. Гупалов, Е. Л. Ивченко, А. В. Кавокин, Тонкая структура локализованных экситонных уровней в квантовых ямах, ЖЭТФ 113, 703 (1998).
  13. K. J. Moore, G. Duggan, P. Dawson et al., Short-Period GaAs-AlAs Superlattices: Optical Properties and Electronic Structure, Phys. Rev. B 38, 5535 (1988).
  14. T. S. Shamirzaev, A. V. Nenashev, A. K. Gutakovskii et al., Atomic and Energy Structure of InAs/AlAs Quantum Dots, Phys. Rev. B 78, 085323 (2008).
  15. J. Debus, T. S. Shamirzaev, D. Dunker et al., Spin-Flip Raman Scattering of the Gamma-X Mixed Exciton in Indirect Band Gap (In,Al)As/AlAs Quantum Dots, Phys. Rev. B 90, 125431 (2014).
  16. R. Heitz, M. Grundmann, N. N. Ledentsov et al., Multiphonon Relaxation Processes in Self-Organized InAs/GaAs Quantum Dots, Appl. Phys. Lett. 68, 361 (1996).
  17. Feng Liu, L. Biadala, A. V. Rodina et al., Spin Dynamics of Negatively Charged Excitons in CdSe/CdS Colloidal Nanocrystals, Phys. Rev. B 88, 035302 (2013).
  18. B. Siebers, L. Biadala, D. R. Yakovlev et al., Exciton Spin Dynamics and Photoluminescence Polarization of CdSe/CdS Dot-in-Rod Nanocrystals in High Magnetic Fields, Phys. Rev. B 91, 155304 (2015).
  19. G. Qiang, A. A. Golovatenko, E. V. Shornikova et al., Polarized Emission of CdSe Nanocrystals in Magnetic Field: The Role of Phonon-Assisted Recombination of the Dark Exciton, Nanoscale 13, 790 (2021).
  20. V. P. Kochereshko, A. V. Platonov, G. V. Mikhailov et al., Temporal Dynamics of Exciton-Trion System, Int. J. Nanosci. 2, 453 (2003).
  21. G. V. Astakhov, A. A. Kiselev, V. P. Kochereshko et al., Radiative Recombination of Electrons and Holes Localized at GaAs/AlGaAs Heterointerface under Magnetic Fields Semicond. Sci. Technol. 14, 110 (1999).
  22. L. Kotova, T. Shamirzaev, V. Kochereshko, Polarized Photoluminescence and g-Factor in an Ensemble of Quantum Dots in Magnetic Fields, arXiv:f2310.02082 (2023).
  23. Ya. V. Terent’ev, S. N. Danilov, J. Loher et al., Magneto-Photoluminescence of InAs/InGaAs/InAlAs Quantum Well Structures, Appl. Phys. Lett. 104, 101111 (2014).
  24. E. S. Moskalenko, L. A. Larsson, M. Larsson et al., Comparative Magneto-Photoluminescence Study of Ensembles and of Individual InAs Quantum Dots, Nano Lett. 9, 353 (2009).
  25. L. M. Roth, B. Lax, and S. Zwerdling, Theory of Optical Magneto-Absorption Effects in Semiconductors, Phys. Rev. 114, 90 (1959).
  26. I. A. Yugova, A. Greilich, D. R. Yakovlev et al., Universal Behavior of the Electron g-Factor in GaAsAlxGa1−xAs Quantum Wells, Phys. Rev. B 75, 245302 (2007).
  27. M. A. Semina, A. A. Golovatenko, and A. V. Rodina, Influence of the Spin-Orbit Split-Off Valence Band on the Hole g-Factor in Semiconductor Nanocrystals, Phys. Rev. B 104, 205423 (2021).
  28. M. A. Semina and R. A. Suris, Holes Localized in Nanostructures in an External Magnetic Field: g-Factor and Mixing of States, Semiconductors 49, 797 (2015).
  29. L. C. Smith, J. J. Davies, D.Wolverson et al., Motion-Dependent Magnetic Properties of Excitons in CdTe, Phys. Rev. B 78, 085204 (2008).
  30. L. C. Smith, J. J. Davies, D. Wolverson et al., Wave-Vector Dependence of Magnetic Properties of Excitons in ZnTe, Phys. Rev. B 83, 155206 (2011).
  31. Th. Wimbauer, K. Oettinger, Al. L. Efros et al., Zeeman Splitting of the Excitonic Recombination in InxGa1−xAs/GaAs Single Quantum Wells, Phys. Rev. B 50, 8889 (1994).
  32. D. Csontosov´a and P. Klenovsk´y, Theory of Magneto-Optical Properties of Neutral and Charged Excitons in GaAs/AlGaAs Quantum Dots, Phys. Rev. B 102, 125412 (2020).
  33. P. S. Grigoryev, O. A. Yugov, S. A. Eliseev et al., Inversion of Zeeman Splitting of Exciton States in InGaAs Quantum Wells, Phys. Rev. B 93, 205425 (2016).
  34. J. J. Davies, L. C. Smith, D.Wolverson et al., Motion-Enhanced Magnetic Moments of Excitons in ZnSe, Phys. Rev. B 81, 085208 (2010).
  35. V. P. Kochereshko, A. V. Platonov, R. T. Cox et al., Increasing of the Exciton-Polariton Zeeman Splitting Due to its Motion, Phys. St. Sol. (c) 11, 3928 (2005).
  36. N. J. Traynor, R. J. Warburton, M. J. Snelling et al., Highly Nonlinear Zeeman Splitting of Excitons in Semiconductor Quantum Wells, Phys. Rev. B 55, 15701 (1997).
  37. Е. Л. Ивченко, А. А. Киселев, Электронный g-фактор в квантовых ямах и сверхрешетках, ФТП 26, 1471 (1992).
  38. A. Greilich, D. R. Yakovlev, A. Shabaev et al., Mode Locking of Electron Spin Coherences in Singly Charged Quantum Dots, Science 313, 341 (2006).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».