От экситона к поверхности

В середине прошлого столетия в Ленинградском университете был экспериментально зафиксирован водородоподобный спектр возбужденных состояний в кристаллах закиси меди, который был интерпретирован как возбуждение экситона в кристаллической решетке твердого тела. Это важное открытие было сделано советским ученым Е.Ф. Гроссом и его аспирантом Н.А. Каррыевым, спустя 20 лет после  теоретического предсказания экситона Я.И. Фрекелем еще в 1931 году.

Впоследствии,  это выдающееся открытие было зарегистрировано в Государственном реестре СССР от 1971 года и выдан диплом на открытие. После обнаружения экситона в кристаллах закиси меди, это возбужденное состояние было обнаружено и в других твердых телах, причем в полупроводниках был обнаружен новый тип экситонов — слабосвязанные возбужденные состояния, описанные учеными Г.У. Ванье и нобелевским лауреатом Н.Ф. Моттом. Такие экситоны были названы в их честь и являются экситонами Ванье-Мотта-Гросса.

С тех пор по всему миру проводятся интенсивные исследования этих квазичастиц и накоплен обширный научный материал. Экситоны возбуждаются не только в объектах с макроскопическими размерами, но и в наночастицах и наноструктурах, исследование которых бурно развивается в настоящее время в связи с развитием нанотехнологий. Кроме этого, в полупроводниковых материалах обнаружены более сложные системы квазичастиц, формируемых на основе экситонов – экситонные комплексы, связанные экситоны на дефектах решетки кристалла и др. Обнаружены элементарные взаимодействия экситонов с частицами и квазичастицами, а также их коллективные взаимодействия в веществе.  Изучение экситонов открыло их значимость в практических целях. Одно из них заключается в том, что исследование поведения экситонов в различных системах, позволяет определять их состояние — дефектосодержание, распределение и величину приповерхностных электрических полей и т.д. Высокий коэффициент поглощения света экситонами в прямозонных полупроводниках с разрешенными переходами позволяет использовать экситоны как инструмент изучения поверхности полупроводников, поскольку ее роль в работе полупроводниковых устройств, при их миниатюризации, многократно возрастает. Все это определяет важность изучения экситонов в полупроводниках и диэлектриках. Изучение экситонов предопределило рождение целой область науки – экситонной спектроскопии.

Рассмотрению этих вопросов и был посвящен лекторий заведующего кафедрой экспериментальной и общей физики А.С. Батырева, который состоялся 25 февраля на факультете математики, физики и информационных технологий в рамках дней Российской науки. Мероприятие проводилось для студентов направления «Химии, физики и механики материалов» 3-го и 4-го курсов не случайно. Рассмотрение данной темы является особенно актуальным, поскольку многие темы курсовых и выпускных работ на этой кафедре  посвящены именно экситонной спектроскопии приповерхностной области полупроводников, результаты которых могут быть в дальнейшем использоваться при написании научных статей и являться материалом для участия обучающихся в различных студенческих научных мероприятиях.

Кафедра экспериментальной и общей физики