Акустическое переключение квантовых состояний в полупроводниках

Abstract

Теоретически исследовано взаимодействие уединенного импульса упругой деформации (акустического солитона) с локализованными дырками в низкоразмерных структурах на основе кремния. Показано, что прохождение солитона через область локализации дырки переводит ее из одного квантовомеханического состояния в другое, которое характеризуется другой проекцией углового момента. Эффект обусловлен расщеплением вырожденного в отсутствие возмущения основного состояния дырки под действием упругой деформации. Детальный микроскопический расчет эффекта акустического переключения квантово-механических состояний проведен для дырок, локализованных в квантовой точке или на мелкой примеси акцепторного типа в квантовой яме. Продемонстрировано, что амплитуда акустического солитона, необходимая для полного переворота проекции углового момента дырки, соответствует амплитуде характерных импульсов деформации, создаваемых в экспериментах.

Теоретично досліджено взаємодію відокремленого імпульсу пружної деформації (акустичного солітона) з локалізованими дірками в низькорозмірних структурах на основі кремнію. Показано, що проходження солітона через область локалізації дірки переводить її з одного квантово-механічного стану в інше, яке характеризується іншою проекцією кутового моменту. Ефект обумовлений розщепленням виродженого у відсутності збурювання основного стану дірки під дією пружної деформації. Детальний мікроскопічний розрахунок ефекту акустичного перемикання квантово-механічних станів проведено для дірок, локалізованих у квантовій точці або на дрібній домішці акцепторного типу у квантовій ямі. Продемонстровано, що амплітуда акустичного солітона, яка необхідна для повного перевороту проекції кутового моменту дірки, відповідає амплітуді характерних імпульсів деформації, що створюються в експериментах.

The interaction between solitary strain pulse (acoustic soliton) and localized holes in silicon-based nanostructures is studied theoretically. It is shown that the acoustic soliton propagating through the hole localization area changes the hole state to that with a different projection of angular momentum. The microscopic mechanism of the effect is related to the valence band splitting by local elastic strain. We have studied such a state conversion for holes in a quantum dot or localized at acceptors in a quantum well. It is shown that the strain amplitude required for the complete switching of the hole state corresponds to strain pulses studied experimentally.