Володимир Білинський-Слотило

Евеліна КодіцаНауковий керівник – проф. Ткач М.В.Оптимізація параметрів чотирибар’єрної резонанснотунельноїструктури як активного елементаквантового каскадного лазераЯк відомо, запропонований у теоретичних роботах Казаріновата Суріса [1], принцип роботи нанолазера, що ґрунтується наквантових переходах між електронними рівнями квантових ям,вперше експериментально був реалізований у квантовихкаскадних лазерах (ККЛ) у роботах Фейста та Капассо [2]. Так якосновними конструктивними елементами ККЛ (активна зона,інжектор) є плоскі резонансно-тунельні структури (РТС) знанорозмірними шарами, то в подальшому значні зусиллядослідників були спрямовані на вивчення властивостей різнихтипів наносистем, а особливо, умов, за яких робота ККЛ будеоптимальною.Як активний елемент сучасних ККЛ зазвичайвикористовуються чотирибар’єрні (ЧБРТС) (рис. 1) РТС. Томудля оптимізації роботи нанолазера на їх основі необхідноповністю дослідити властивості спектральних параметрів і часівжиття електрона у квазістаціонарних станах, а також активноїдинамічної провідності ЧБРТС при лазерних переходахелектронів з випромінюванням електромагнітних хвиль.Метою пропонованоїроботи є дослідження формуванняквазістаціонарнихстанів електрона та їхРис.1. Енергетична схемаЧБРТСактивного елемента ККЛ.спектральних характеристик(резонансних енергій таширин і, відповідно, часівжиття) та активноїпровідності у відкритійплоскій ЧБРТС в постійномуелектричному полі, якУ декартовій системі координат розглядається плоска ЧБРТСу постійному електричному полі напруженості F, на яку злівападає моноенергетичний пучок невзаємодіючих між собоюелектронів з енергією Е і концентрацією n 0.Для встановлення динамічних властивостей монохроматичногопотоку електронів, який взаємодіє у ЧБРТС з електромагнітнимполем напруженості Є у постійному електричномуполі напруженості F необхідно розв’язати нестаціонарнерівняння Шредінгера:∂Ψ(z,t)i h = ( H 0 ( z)+ H ( z,t)) Ψ(z,t), (1)∂ tде2∂ 1 ∂H0(z)= −h + U(z)−eF[ z( θ(z)−θ(z −b)) + b θ(z −b)], (2)2 ∂zm(z)∂zi t −iωt[ z ( θ( z) − θ( z − b)) + b θ( z − b)]( eω + e )H ( z,t)= −eЄ. (3)Розв’язок рівняння (1) шукається за теорією збурень унаближенні слабкого сигналу з використанням умови нормуванняхвильової функції та граничних умов неперервності її потоківгустин ймовірностей на всіх межах наносистеми.Знайдена хвильова функція дає можливість точно аналітичнорозрахувати коефіцієнт прозорості та динамічну провідністьЧБРТС. Спектральні параметри квазістаціонарних станівелектрона визначаються через відомий коефіцієнт прозоростінаноструктури.У роботі досліджено спектральні параметри квазістаціонарнихстанів електрона та активну провідність ЧБРТС узалежності від зміни положення внутрішніх бар’єрів. Буливстановлені такі геометричні конфігурації ЧБРТС, за яких їїробота, як активного елемента квантового каскадного лазера, єоптимальною.Список літератури:1. А.Ф. Казаринов, Р.А. Сурис. ФТП, 5, 797(1971).2. J. Faist, F. Capasso, D.L. Sivco, C. Sirtori, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho.Appl. Phys. Lett., 66, 538 (1995).