Исследование ограниченного Штарк-эффекта, гидростатического давления и температуры на нелинейно-оптические свойства в одномерных квантовых точках Ga_xAl_1-xAs/GaAs/Ga_xAl_1-xAs с конечным потенциалом прямоугольной ямы

В настоящей работе проведены исследования нелинейно-оптического выпрямления, коэффициента поглощения и показателя преломления в одномерных квантовых точках Ga_xAl_1-xAs/GaAs/Ga_xAl_1-xAs с прямоугольным потенциалом в присутствии электрического поля, гидростатического давления и температуры с использованием программного обеспечения для моделирования, такого как COMSOL Multi-Physics и Matlab,. Результаты показывают, что резонансные пики ORC (коэффициент оптического выпрямления) демонстрируют синее смещение при увеличении электрического поля, а красное смещение, сопровождаемое затем синим смещением, проявляется при увеличении гидростатического давления и температуры. Аналогичные тенденции имеют место для показателя преломления, а также для коэффициента поглощения при изменении электрического поля, температуры и гидростатического давления. Достигнутые теоретические результаты откроют новые возможности в разработке, оптимизации и применении нелинейных оптоэлектронных устройств путем настройки характеристик квантовых точек и управления некоторыми их специфическими свойствами.

1. Aderras L., et al. Stark-shift of impurity fundamental state in a lens shaped quantum dot. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2017, 89, P. 119–123.

2. Temkin H., et al. GexSi1−x strained-layer heterostructure bipolar transistors. Applied Physics Letters, 1988, 52 (13), P. 1089–1091.

3. Luryi S., Kastalsky A., Bean J.C. New infrared detector on a silicon chip. IEEE Transactions on Electron Devices, 1984, 31 (9), P. 1135–1139.

4. Rhee S.S., et al. Resonant tunneling through a Si/GexSi1−x/Si heterostructure on a GeSi buffer layer. Applied Physics Letters, 1988, 53 (3), P. 204–206.

5. Mohamed Kria Varsha, et al. Quantum Confined Stark Effect on the Linear and Non-linear Optical Properties of SiGe/Si Semi Oblate and Prolate Quantum Dots Grown in Si Wetting Layer. Nanomaterials, 2021, 11 (6).

6. Mourad Baira, et al. Intersubband optical nonlinearity of GeSn quantum dots under vertical electric field. Micromachines, 2019, 10 (4), 243.

7. Dvoyan K.G., Kazaryan E.M. Impurity states in a weakly prolate (oblate) ellipsoidal microcrystal placed in a magnetic field. Physica Status Solidi B, 2001, 228 (3), P. 695–703.

8. Suman Dahiya, Siddhartha Lahon, Rinku Sharma. Effects of temperature and hydrostatic pressure on the optical rectification associated with the excitonic system in a semi-parabolic quantum dot. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2020, 118, 113918.

9. Amal Abu Alia, Mohammad K. Elsaid, Ayham Shaer. Magnetic properties of GaAs parabolic quantum dot in the presence of donor impurity under the influence of external tilted electric and magnetic fields. J. of Taibah University for Science, 2019, 13 (1), P. 687–695.

10. Franken P.A., et al. Generation of optical harmonics. Physical Review Letters, 1961, 7 (4), 118.

11. Keyin Li, Kangxian Guo, Litao Liang. Effect of the shape of quantum dots on the refractive index changes. Physica B: Condensed Matter, 2016, 502, P. 146–150.

12. Khaledi-Nasab A., et al. Optical rectification and second harmonic generation on quasi-realistic InAs/GaAs quantum dots: with attention to wetting layer effect. Int. Scholarly Research Notices, 2013 (2013).

13. Jin-Feng You, et al. The effect of temperature, hydrostatic pressure and magnetic field on the nonlinear optical properties of AlGaAs/GaAs semiparabolic quantum well. Int. J. of Modern Physics B, 2019, 33 (27), 1950325.

14. Yuan Lihua, et al. Effect of a magnetic field on the energy levels of donor impurities in the ZnO parabolic quantum well. J. of Semiconductors, 2011, 32 (8), 082001.

15. Gil B. Group III nitride semiconductor compounds: physics and applications. Clarendon Press, 1998.

16. Empedocles S.A., Bawendi M.G. Quantum-confined Stark effect in single CdSe nanocrystallite quantum dots. Science, 1997, 278 (5346), P. 2114– 2117.

17. Zaiping Zeng, et al. Competition effects of electric and magnetic fields on impurity binding energy in a disc-shaped quantum dot in the presence of pressure and temperature. Science of Advanced Materials, 2014, 6 (3), P. 586–591.

18. Harrison P., Valavanis A. Quantum wells, wires and dots: theoretical and computational physics of semiconductor nanostructures. John Wiley and Sons, 2016.

19. Aghoutane N., et al. Refractive index changes and optical absorption involving 1s1p excitonic transitions in quantum dot under pressure and temperature effects. Applied Physics A, 2019, 125 (1).

20. Vallee O., Soares M. Airy functions and applications to physics. World Scientific Publishing Company, Singapore, 2010.

21. Ghatak A.K., Goyal I.C., Gallawa R.L. Mean lifetime calculations of quantum well structures: a rigorous analysis. IEEE J. of Quantum Electronics, 1990, 26 (2), P. 305–310.

22. Boyd R.W. Nonlinear optics. Academic press, NY, 2020.

23. Rezaei G., Karimi M.J., Keshavarz A. Excitonic effects on the nonlinear intersub-band optical properties of a semi-parabolic one-dimensional quantum dot. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 43 (1) (2010), pp. 475–481.