Обменное взаимодействие темного экситона с поверхностными парамагнитными центрами в наноплателетах CdSe / Головатенко А. А., Родина А.В., Шорникова Е.В., Яковлев Д.Р., Biadala L., Qiang G., Kuntzmann A., Nasilowski M., Dubertret B., Polovitsyn A., Moreels, Bayer M.

Abstract

Коллоидные квантовые ямы CdSe, иначе называемые наноплателетами, являются аналогом хорошо изученных ранее эпитаксиальных квантовых ям CdSe, получаемых методом молекулярнолучевой эпитаксии. В результате эффекта диэлектрического конфайнмента и малой толщины наноплателетов (~ 1 нм) сильно возрастает обменное взаимодействие электрона и дырки в экситоне. Это приводит к расщеплению состояний светлого и темного экситона на энергию порядка 3-5 мэВ [1]. Таким образом, при низких температурах фотолюминесценция (ФЛ) коллоидных наноплателетов CdSe определяется рекомбинацией темного экситона за счет конкурирующих активационных механизмов [2]. Один из наиболее эффективных механизмов активации обусловлен обменным взаимодействием темного экситона с поверхностными парамагнитными центрами. Нами проведено теоретическое рассмотрение степени циркулярной поляризации ФЛ темного экситона во внешнем магнитном поле в зависимости от знака константы обменного взаимодействия с поверхностными парамагнитными центрами. Мы показываем, что обменное взаимодействие экситона с поверхностными центрами может приводить к инверсии знака степени циркулярной поляризации ФЛ темного экситона за счет двух механизмов. Первый механизм связан с эффективным обменным полем поверхностных центров, изменяющим знак зеемановского расщепления спиновых подуровней экситона в малых магнитных полях. При этом величина магнитного поля Bc, при котором степень циркулярной поляризации обращается в ноль, убывает с ростом температуры. Второй механизм связан со спин-зависимой рекомбинацией подуровней темного экситона за счет flip-flop взаимодействия с поверхностными парамагнитными центрами. При данном механизме критическое магнитное поле возрастает с увеличением температуры. Теоретическая зависимость температурного сдвига критического магнитного поля, рассчитанная с учетом обоих эффектов, приводит к немонотонной зависимости сдвига критического поля и качественно согласуется с экспериментально наблюдаемой зависимостью в ансамблях коллоидных наноплателетов CdSe толщиной 1.2 нм.