Effects of the Heavy- and Light-Hole Mixing
上传者:毛建锋|上传时间:2015-05-06|密次下载
Effects of the Heavy- and Light-Hole Mixing
ÂA.Brum:ExcitonDynamicsinQWsM.CarolinadeO.AguiarandJose
phys.stat.sol.(a)178,89(2000)
Subjectclassification:71.35.Ày;73.20.Dx;S7.12;S7.1589
EffectsoftheHeavy-andLight-HoleMixingintheExcitonDynamicsinSemiconductorQuantumWells
ÂA.BrumM.CarolinadeO.AguiarandJose
DFESCM,InstitutodeFõÂsica,UniversidadeEstadualdeCampinas,CP6165,CEP13083-970,Campinas(SP),Brazil
(ReceivedAugust30,1999)
Wepresentthecalculationofthelowtemperatureexcitonbimolecularformationrateinquantumwellsthroughacousticphononscatteringtakingintoaccounttheheavy-andlight-holemixingintheholeandexcitonstates.Weobserveadecreaseintheexcitonformationratecomparedtotheparabolicapproximation.Forsymmetricquantumwells,thehole-subbandmixingallowsafiniteprobabilityofscatteringinvolvingthechangeofparity.Thisopensachannelforspin-fliptransi-tionsduringtheexcitonformationprocess.
IntroductionInnonresonantphotoluminescenceexperiments,opticallycreatedelec-tron±holepairsrapidlyreachaquasi-thermalequilibriumdistributionnearthesubbandedges.Theythendecayintoanexcitonstate.Atlowcarrierdensitiesthisisdominatedbyphonon-assistedscatteringanditisthenabimolecularexcitonformationprocess.Theexcitonsinthegroundstateareformedwithafinitecenter-of-mass(CM)wavevectorandhavetorelaxtoopticallyactivestatesbeforeemissiontakesplace.Thestudyoftheexcitondynamicsisparticularlyimportantinsemiconductorquantumwells(QWs)wheretheexcitonstatesdominatetheopticalemission.Time-resolvedopticalspectroscopyhasprovidedimportantinformationontheexci-tonformationprocessinsemiconductorQWs.Kusanoetal.[1]andDamenetal.[2]obtainedthefirstresultsontheexcitonformationtime.Morerecently,Kumaretal.[3]measuredabimolecularexcitonformationrateCequalto0X5cm2/sfora80#eGaAsQW.Fromthetheoreticalviewpoint,theexcitonformationprocesshasbeenstudiedfol-lowingdifferentapproaches.Guliaetal.[4]solvedasetofkineticequationsusinganensembleMonteCarlotechnique.Theyobtainedatimedependentexcitonformationrate.Piermarocchietal.[5]calculatedtheexcitondynamicsintermsofrateequationsforthecarrierpopulations.Inthisdescription,theexcitonformationrateistimeinde-pendent.Morerecently,Kiraetal.[6]studiedtheexcitonicluminescenceintheregimeofveryshorttimeusingthequantumtheoryoftheinteractingphotonelectron±holesystem.TheseworkshaveconsideredasimpleparabolicdescriptionfortheholeandexcitonstatesintheQW.Theactualholedispersionshowsacomplexpatternoncetheheavy-andlight-holecouplingistakenintoaccount[7].TriquesandBrum[8]showedthattheexcitonCMdispersionisalsostronglynon-parabolicasaconsequenceofthiscoupling.Whenweconsiderthecomplexityofthehole-subbandmixingforGaAsQWsthespinisnotagoodquantumnumber.ForsymmetricQWs,theholeandtheexcitonHamilto-7physica(a)178/1
90ÂA.BrumM.CarolinadeO.AguiarandJose
niansmaybeseparatedbyaunitarytransformationintotwouncoupledblocks,whichhavedegenerateeigenstateslabeledbythequantumparitynumberS.Theheavy-andlight-holemixingallowstheformationofexcitonswithholesshowingadifferentparitythanthatintheinitialstate(parity-flipprocess).ToaccountfortheseeffectsonehastoconsidertheLuttingerHamiltoniantode-scribethehole-subbandstatesaswellastheexcitonstates.Theexciton±phononinter-actionisthendescribedbytheBir-PikusHamiltonian[9].Thisconsiderablycomplicatestheexcitondynamicswhichinvolvestheparticipationoftheexcitedexcitonstates.Inthispaper,wefocusontheeffectsofheavy-andlight-holemixingintheformationofexcitonsintheirgroundstatethroughlongitudinal-acoustic(LA)phononscattering.ModelWefollowheretheapproachbasedontherateequationsforthecarrierpopu-lationsdevelopedbyPiermarocchietal.[5].Inourcase,theexcitonformationprocessischaracterizedbytwobimolecularformationrates,onefortheparity-conservingpro-cess,C44,andonefortheparity-flipprocess,C45,where4and5standfortheexcitonandholeparities,SexcandSh.Therateequationfortheelectrondensityis
dne??ÀC44nenhÀC45nenhYwheretheexcitonformationratesaregivenby??C44??5????dEfF44??5????Ef??g??Ef??
and??42p??4??5??nF44??5????Ef????jhn??q????n1YY4Yn??q??ij2fjHexcÀphjYiehn????YÀkeYkhYq
Âfe??ke??fh??kh??d??EfÀEi??nEph??Y
ne??1??fe??ke??YkeYsenh??1??fh??kh??YkhYSh??1????2????3????4??
keandkharetheelectronandholewavevectors,respectively,seistheelectronspinandSisthesamplearea.fe??ke??andfh??kh??are,respectively,theelectronandholedis-tributionsinthequasi-thermal-equilibriumsituationcharacterizedbyacommoncarriertemperatureTc.HnexcÀphistheexciton±phononinteractionHamiltonian,where
hn??????À??referstotheemission(absorption)process.YSiandEiarethewavefunctionandtheenergyoftheinitialstate,respectively,whichisformedbyanelectron±hole
excpair,wheretheCoulombinteractionisneglected.YSandEfarethewavefunctionfandtheenergyofthefinalstate,respectively.g??Ef??isthedensityofstatesoftheexci-tongroundstate.n??q??istheBose-EinsteindistributionofphononswithwavevectorqandenergyEphatthelatticetemperatureTL.TheholeandtheexcitonCMstatesarecalculatedintheframeofthe4Â4Luttin-gerHamiltonian[7,8].TheLA-phononsaredescribedbytheirbulkdispersionintheDebyeapproximation.Theholepartoftheexciton±LA-phononinteractionHamilto-nianisgivenbytheBir-PikusHamiltonian[9].Weareinterestedhereintheeffectsofthehole-subbandcomplexityintheelectronicstatesandwethereforesimplifytheBir-PikusHamiltonianbyconsideringonlyitsdiagonalpart.Weassumethattheinitialelectronandholedensitiesarelowandfe??ke??andfh??kh??areBoltzmanndistributions.ThemultipleintegralsinEqs.(2)and(3)aresolvedusingtheMonteCarlomethod.
ExcitonDynamicsinSemiconductorQuantumWells
内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看91HnexcÀphTheparity-conservingchannelinvolvesboththeelectronandtheholepartsofwhileonlytheholepartofHnexcÀphispresentintheparity-flipchannel.IntheparabolicapproximationthespinisconservedandC45iszero.Themodificationsintroducedintheexcitonformationratebytakingintoaccounttheheavy-andlight-holemixingaretwofold:(i)TheholeandtheexcitonCMin-planedispersionsarenon-parabolic.TheiraveragemassesareheavierthanintheparabolicapproximationandstronglydependentontheQWwidth.(ii)Thereisanotherchannelforexcitonformationinwhichtheparityisnotconserved.
ResultsandDiscussionsWeconsideraGaAs±Ga0X7Al0X3AsQWatthelatticetem-peratureTL??10Kandcarrierquasi-temperatureTc??30K.Figures1aandbshowFasafunctionoftheexcitonCMkineticenergy,Ek??EfÀEfjkCM??0,intheparabolic(dashedlines)andnon-parabolic(fulllines)dispersionsforQWwidthsof100and150#e,respectively.Thecontributionsforthetwochannels,F44(dash-dottedlines)andF45(dottedlines),inthenon-parabolicdispersionarealsoshown.Atthelatticetem-peratureweconsidered,theLA-phononemissionlargelydominatesovertheLA-pho-nonabsorption(notshownhere).Theresultsshowthatmostoftheexcitonsareformedwithanexcessofkineticenergyoftheorderoftheexcitongroundstatebind-
Fig.1.FasafunctionofEkforaGaAs/Ga0X3Al0X7AsQWatTc??30KandTL??10Kinthenon-paraboliccase(solidlines)andtheparabolicapproximation(dashedlines)fora)L??100#e#andb)L??150e.Theparity-con-serving,F44(dash-dottedlines),andtheparity-flip,F45(dottedlines),contributionsarealsoshown
7*
92ÂA.
内容需要下载文档才能查看BrumM.CarolinadeO.AguiarandJose
Fig.2.CasafunctionoftheQWwidthLforthesameparametersasinFig.1inthenon-paraboliccase(solidline)andtheparabolicapproximation(dashedline).C44(dash-dottedline)andC45(dottedline)contributionsarealsoshown
ingenergy.Thisisaconsequenceofthelowenergyphononsthateffectivelyparticipateintheprocess.ThehighenergytailofFisduetothefinitecarriertemperature.FortheQWwidthL??150#etheformationofexcitonsathigherenergythantheexcitonbind-ingenergyisparticularlyfavored.ForthisvalueofL,theholesthermallyoccupytheanticrossingregionofthedispersionwhichhasahigherdensityofstates,favoringtheformationofmoreenergeticexcitons.Figure2showsthetotalbimolecularexcitonformationrate,C??C44??C45,asafunc-tionofQWwidthinthenon-paraboliccase(fullline)andintheparabolicapproxima-tion(dashedline)forthesameparametersasinFig.1.Thetwocontributions,C44(dash-dottedline)andC45(dottedline),arealsoshown.Theinsetgivesthedetailsofthenon-paraboliccaseatwideQWs.TheexcitonformationrateincreaseswiththedegreeofconfinementofthecarrierwavefunctionintheQW,reachingitsmaximumforL%20to30#einbothcases.Asaconsequenceofthehole±subbandcoupling,Cdecreasestolowervaluesascomparedtotheparabolicapproximation.ThiseffectispresentalreadyatnarrowQWsbecomingimportantastheQWwidthincreases.Mostoftheholestateswhicharethermallyoccupiedpresentapredominantlyheavy-holecharacter.Theexcitons,however,areformedwithafiniteCMwavevectorandalwayspresentamixedcharacter.Theresultisadecreaseinthescatteringmatrixelementwhichbecomesmoresignificantasthecouplingincreases.Thecontributionoftheparity-flipchannel,C45,isweak.Itincreaseswiththecou-plingatlargeQWs.Sinceonlytheholeflipsitsspin,thischannelplaysarolefortheformationofdarkexcitons.Inconclusion,wecalculatedthebimolecularexcitonformationrateassistedbyLA-phononscatteringinGaAsQWsincludingthehole±subbandmixingandexcitonCMdispersions.Themainresultsarethereductionoftheformationrateandtheopeningofaparity-flipchannelfortheexcitonformation.Ourresultssuggestthattheseeffectshavetobeconsideredforacompleteunderstandingoftheexcitondynamics.
AcknowledgementsWeacknowledgethefinancialsupportfromCNPq,FAEP-UNI-CAMPandFAPESP.
ExcitonDynamicsinSemiconductorQuantumWells93
References
[1]J.Kusano,Y.Segawa,Y.Aoyagi,S.Namba,andH.Okamoto,Phys.Rev.B40,1685(1989).[2]T.C.Damen,JagdeepShah,D.Y.Oberli,D.S.Chemla,J.E.Cunningham,andJ.M.Kuo,Phys.Rev.B42,7434(1990).[3]R.Kumar,A.S.Vengurlekar,S.S.Prabhu,JagdeepShah,andL.N.Pfeiffer,Phys.Rev.B54,4891(1996).[4]M.Gulia,F.Rossi,E.Molinari,P.E.Selbmann,andP.Lugli,Phys.Rev.B55,R16049(1997).[5]C.Piermarocchi,F.Tassone,V.Savona,A.Quattropani,andP.Schwendimann,Phys.Rev.B55,1333(1997).[6]M.Kira,F.Jahnke,andS.W.Koch,Phys.Rev.Lett.81,3263(1998).[7]M.Altarelli,in:SemiconductorSuperlatticesandHeterojunctions,Eds.G.Allan,G.Bastard,N.Boccara,M.Lannoo,andM.Voos,Springer-Verlag,Berlin1986(p.12).[8]A.L.C.TriquesandJ.A.Brum,Phys.Rev.B56,2094(1997).[9]G.L.BirandG.E.Pikus,http://wendang.chazidian.comerd.Tela2,2287(1960)(SovietPhys.±±SolidState2,2039(1961)).
下载文档
热门试卷
- 2016年四川省内江市中考化学试卷
- 广西钦州市高新区2017届高三11月月考政治试卷
- 浙江省湖州市2016-2017学年高一上学期期中考试政治试卷
- 浙江省湖州市2016-2017学年高二上学期期中考试政治试卷
- 辽宁省铁岭市协作体2017届高三上学期第三次联考政治试卷
- 广西钦州市钦州港区2016-2017学年高二11月月考政治试卷
- 广西钦州市钦州港区2017届高三11月月考政治试卷
- 广西钦州市钦州港区2016-2017学年高一11月月考政治试卷
- 广西钦州市高新区2016-2017学年高二11月月考政治试卷
- 广西钦州市高新区2016-2017学年高一11月月考政治试卷
- 山东省滨州市三校2017届第一学期阶段测试初三英语试题
- 四川省成都七中2017届高三一诊模拟考试文科综合试卷
- 2017届普通高等学校招生全国统一考试模拟试题(附答案)
- 重庆市永川中学高2017级上期12月月考语文试题
- 江西宜春三中2017届高三第一学期第二次月考文科综合试题
- 内蒙古赤峰二中2017届高三上学期第三次月考英语试题
- 2017年六年级(上)数学期末考试卷
- 2017人教版小学英语三年级上期末笔试题
- 江苏省常州西藏民族中学2016-2017学年九年级思想品德第一学期第二次阶段测试试卷
- 重庆市九龙坡区七校2016-2017学年上期八年级素质测查(二)语文学科试题卷
- 江苏省无锡市钱桥中学2016年12月八年级语文阶段性测试卷
- 江苏省无锡市钱桥中学2016-2017学年七年级英语12月阶段检测试卷
- 山东省邹城市第八中学2016-2017学年八年级12月物理第4章试题(无答案)
- 【人教版】河北省2015-2016学年度九年级上期末语文试题卷(附答案)
- 四川省简阳市阳安中学2016年12月高二月考英语试卷
- 四川省成都龙泉中学高三上学期2016年12月月考试题文科综合能力测试
- 安徽省滁州中学2016—2017学年度第一学期12月月考高三英语试卷
- 山东省武城县第二中学2016.12高一年级上学期第二次月考历史试题(必修一第四、五单元)
- 福建省四地六校联考2016-2017学年上学期第三次月考高三化学试卷
- 甘肃省武威第二十三中学2016—2017学年度八年级第一学期12月月考生物试卷
网友关注
- 薪酬管理论文
- 高校会计课程教学现状及改革研究
- 基于J2EE的WAP应用架构设计与开发
- 作业建设组织设计本科论文[整理版]
- 基于Java EE的房地产中介营业系统的设计和实现
- 高职高专法律事务专业教学方法和教学模式创新研究
- J2EE架构下分布式软件缺陷管理系统开发的论文
- 薪酬管理论文
- j2ee轻量级框架的研究与实现
- 基于数字化校园的办公自动化系统的设计与实现
- 我国社区养老服务研究文献综述 2
- 高职非英语专业学生英语学习能力评价及教学策略
- 八字取象-其他六亲信息密码破译
- 德育过程论-硕士论文
- 基于J2EE构架物流管理信息系统实现与分析
- 食品质量管理学论文
- c语言课程设计
- 公司薪酬管理问题探析与对策探讨—学士学位毕业论文
- 《壮族麽经布洛陀影印译注》专书词典编纂研究
- 枸杞子和栀子的化学成分及其生物活性研究
- 有限空间中的多天线集成
- ~论文稿件金融本科~
- 财务管理与成本控制论文
- 文献综述的写法
- 大学生勤工俭学的利弊分析
- 非英语专业大学生英语学习焦虑的研究
- 基于EVA的作业成本管理的设计
- 对ZH房地产公司员工关系管理的研究-new
- CHQ社区卫生服务中心绩效考核研究
- 文献综述
网友关注视频
- 沪教版八年级下册数学练习册21.3(2)分式方程P15
- 沪教版八年级下次数学练习册21.4(2)无理方程P19
- 冀教版小学数学二年级下册第二周第2课时《我们的测量》宝丰街小学庞志荣
- 北师大版八年级物理下册 第六章 常见的光学仪器(二)探究凸透镜成像的规律
- 外研版八年级英语下学期 Module3
- 精品·同步课程 历史 八年级 上册 第15集 近代科学技术与思想文化
- 沪教版牛津小学英语(深圳用) 五年级下册 Unit 7
- 六年级英语下册上海牛津版教材讲解 U1单词
- 沪教版牛津小学英语(深圳用) 五年级下册 Unit 10
- 【部编】人教版语文七年级下册《逢入京使》优质课教学视频+PPT课件+教案,辽宁省
- 【部编】人教版语文七年级下册《老山界》优质课教学视频+PPT课件+教案,安徽省
- 化学九年级下册全册同步 人教版 第22集 酸和碱的中和反应(一)
- 冀教版小学数学二年级下册1
- 沪教版牛津小学英语(深圳用) 四年级下册 Unit 3
- 河南省名校课堂七年级下册英语第一课(2020年2月10日)
- 沪教版八年级下册数学练习册21.3(3)分式方程P17
- 【部编】人教版语文七年级下册《过松源晨炊漆公店(其五)》优质课教学视频+PPT课件+教案,江苏省
- 第五单元 民族艺术的瑰宝_16. 形形色色的民族乐器_第一课时(岭南版六年级上册)_T3751175
- 冀教版小学数学二年级下册第二周第2课时《我们的测量》宝丰街小学庞志荣.mp4
- 沪教版牛津小学英语(深圳用) 四年级下册 Unit 7
- 沪教版牛津小学英语(深圳用) 四年级下册 Unit 2
- 第五单元 民族艺术的瑰宝_15. 多姿多彩的民族服饰_第二课时(市一等奖)(岭南版六年级上册)_T129830
- 19 爱护鸟类_第一课时(二等奖)(桂美版二年级下册)_T3763925
- 【部编】人教版语文七年级下册《老山界》优质课教学视频+PPT课件+教案,安徽省
- 小学英语单词
- 30.3 由不共线三点的坐标确定二次函数_第一课时(市一等奖)(冀教版九年级下册)_T144342
- 3月2日小学二年级数学下册(数一数)
- 冀教版英语三年级下册第二课
- 【部编】人教版语文七年级下册《逢入京使》优质课教学视频+PPT课件+教案,安徽省
- 沪教版牛津小学英语(深圳用) 六年级下册 Unit 7
精品推荐
- 2016-2017学年高一语文人教版必修一+模块学业水平检测试题(含答案)
- 广西钦州市高新区2017届高三11月月考政治试卷
- 浙江省湖州市2016-2017学年高一上学期期中考试政治试卷
- 浙江省湖州市2016-2017学年高二上学期期中考试政治试卷
- 辽宁省铁岭市协作体2017届高三上学期第三次联考政治试卷
- 广西钦州市钦州港区2016-2017学年高二11月月考政治试卷
- 广西钦州市钦州港区2017届高三11月月考政治试卷
- 广西钦州市钦州港区2016-2017学年高一11月月考政治试卷
- 广西钦州市高新区2016-2017学年高二11月月考政治试卷
- 广西钦州市高新区2016-2017学年高一11月月考政治试卷
分类导航
- 互联网
- 电脑基础知识
- 计算机软件及应用
- 计算机硬件及网络
- 计算机应用/办公自动化
- .NET
- 数据结构与算法
- Java
- SEO
- C/C++资料
- linux/Unix相关
- 手机开发
- UML理论/建模
- 并行计算/云计算
- 嵌入式开发
- windows相关
- 软件工程
- 管理信息系统
- 开发文档
- 图形图像
- 网络与通信
- 网络信息安全
- 电子支付
- Labview
- matlab
- 网络资源
- Python
- Delphi/Perl
- 评测
- Flash/Flex
- CSS/Script
- 计算机原理
- PHP资料
- 数据挖掘与模式识别
- Web服务
- 数据库
- Visual Basic
- 电子商务
- 服务器
- 搜索引擎优化
- 存储
- 架构
- 行业软件
- 人工智能
- 计算机辅助设计
- 多媒体
- 软件测试
- 计算机硬件与维护
- 网站策划/UE
- 网页设计/UI
- 网吧管理