Przejścia magnetooptyczne w strukturach zawierających wiele studni kwantowych

Abstract

W pracy zostały wykonane kompleksowe badania magnetotransportu oraz zjawisk magnetooptycznych w strukturach zawierających wiele studni kwantowych MQW na bazie heterostruktur GaAs/AlGaAs. Podstawowe parametry dwuwymiarowego gazu elektronowego (two dimensional electron gas) 2DEG zostały wyznaczone w oparciu o pomiary kwantowego efektu Halla oraz oscylacji Shubnikova - de Haasa wykonane w niskich temperaturach (1.6 K – 4.2 K). Pomiary przejść magnetooptycznych zostały wykonane w polach magnetycznych do 150 T w zakresie temperatur od 6 K do 300 K. Przy użyciu Rezonansu Cyklotronowego w megagausowych polach magnetycznych zostały zbadane stany magnetodonorowe. Do interpretacji przejść swobodnych elektronów został użyty 14 x14 pasmowy model Pp dla GaAs. Temperaturowa zależność pikow rezonansowych pozwoliła na wyselekcjonowanie stanów magnetodonorowych w studniach GaAs i barierach AlGaAs. Energie magnetodonorów zostały obliczone przy użyciu metod wariacyjnych odpowiednich dla silnych pól magnetycznych i uwzględniających nieparaboliczność pasma GaAs. Dzięki temu możliwe było zinterpretowanie przejść magnetooptycznych w strukturach MQW w zakresie średniej podczerwieni i stworzenie ogólnego obrazu stanów elektronowych w badanych strukturach.

The complex investigation of the magneto-transport and magneto-optical effects in structures containing multiple quantum well (MQW) based on the GaAs/AlGaAs-heterostructures has been performed. The parameters of 2DEG in MQW were determined from the data of the Integer Quantum Hall Effect (IQHE) and Shubnikov - de Haas oscillations (SdH) observed at low temperatures (1.6–4.2K). Landau levels and shallow donor states in multiple GaAs/AlGaAs quantum wells (MQWs) are investigated by means of the cyclotron resonance at mega-gauss magnetic field. Measurements of magneto-optical transitions were performed in pulsed fields up to 150 T and temperatures from 6 to 300 K. The 14 × 14 Pp band model for GaAs is used to interpret free-electron transitions in a magnetic field. Temperature behavior of the observed resonant structure indicates, in addition to the free-electron Landau states, contributions also of magnetodonor states in the GaAs wells and in the AlGaAs barriers. The magneto-donor energies are calculated using a variational procedure suitable for high magnetic fields and accounting for conduction band nonparabolicity in GaAs. It is shown that the above states, including their spin splitting, allow one to interpret the observed magneto-optical transitions in MQWs in the middle infrared region.