Action d'un champ magnétique sur les trions excitoniques dans les puits quantiques de semi-conducteurs

par Aali Moradi

Thèse de doctorat en Physique du solide

Sous la direction de Bernard Stébé.

Soutenue en 2001

à Metz .


  • Résumé

    Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à l'étude des excitons chargés (ou trions excitoniques) dans les puits quantiques de semi-conducteurs, en l'absence et en présence d'un champ magnétique. Les résultats numériques ont été particularisé à des composés de type GaAS/GaAlAs et CdTe/CdZnTe en raison des applications potentielles de ces nanostructures dans le domaine de l'optoélectronique. Les excitons chargés résultent de la liaison d'un exciton (paire électron trou) avec un électron (trion négatif) ou un trou (trion positif) et peuvent donc être considérés comme des quasi-particules chargées et mobiles. De ce fait, ils présentent des propriétés originales qui les différencient des autres complexes excitoniques. Dans une première étude, en l'absence de champ magnétique, nous avons déterminé les énergies de liaison de deux types de trions, en nous plaçant dans le cadre de l'approximation de la masse effective et dans un modèle à deux bandes non dégénérées. Pour les composés étudiés, les deux types de trions sont stables pour toutes les valeurs de la largeur des puits. De plus, les raies d'absorption sont très différentes de celle des excitons et des autres complexes excitoniques. Contrairement à ces dernières, elles ne sont pas fines, mais présentent un bord d'absorption principal suivi d'une queue décroissante vers les basses énergies. Nous avons ensuite étudié l'influence d'un champ magnétique perpendiculaire au plan des couches. Il apparaît que le champ conduit à une augmentation des énergies. De plus, pour des champs suffisamment faibles, nous avons montré que les énergies se décomposent en niveaux de Landau, résultant du mouvement du centre de masse chargé dans un plan perpendiculaire au champ. Ce résultat est original, et n'a pas encore lieu à aucune confirmation expérimentale. Enfin, nous avons montré que la magnéto-absorption des trions se réduit en une série de pics de Dirac

  • Titre traduit

    Influence of a magnetic field on excitonic trions in semiconductor quantum wells


  • Résumé

    This work is devoted to the study of the charged excitons (or trions) in semiconductor quantum wells, with or without an external magnetic field. The numerical results concern more particularly GaAS/GaAlAs and CdTe/CdZnTe compounds due to their possible in the field of optoelectronics. Charged excitons result from the binding of an exciton (electron hole pair) and an electron (negative trion) or a hole (positive trion), and may be considered as mobile as charged particles. Thus, they are expected to exhibit original properties, differentiating them from other excitonic complexes. In a first study, without any magnetic field, we have determined the binding energies of the two kinds of trions in the frame of the effective mass approximation within a two isotropic parabolic bands model. It results that in the case of the above compounds, the two kinds of trions are stable against dissociation for all values of the well widths. Moreover the optical absorption does not give rise to sharp lines, as in the cases of excitons or bound excitons, but to a main absorption threshold followed by a decreasing tail on its low energy side. We have also studied the influence of a magnetic field directed along the growth axis. It appears that the field gives rise to an increase of the energies. Moreover in the case of low magnetic fields, we have shown that the energies splits into Landau levels. This is due to the quantized motion of thein-plane motion of the center of mass of the trions. This result is original, and has not yet received experimental confirmation. Finally we have shown that the optical magnetoabsorption reduces to a serie of Dirac peaks

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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.132-137

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