Влияние промотирующих фононных мод широкозонной матрицы на туннельные вольт-амперные характеристики полупроводниковых квантовых точек

Актуальность и цели. Изучение проблемы управляемости квантовых эффектов, связанных с диссипативной туннельной динамикой в низкоразмерных системах различной природы, является актуальной проблемой современной физики конденсированного состояния. В последние годы активизировались исследования управляемых туннельных эффектов в системах полупроводниковых квантовых точек, а также в экспериментах со сканирующим туннельным/атомно-силовым микроскопом при исследовании параметров низкоразмерных структур. Целями данной работы являются: экспериментальное исследование туннельных вольт-амперных характеристик, полученных при визуализации локальной плотности состояний в квантовых точках InAs/GaAs (001) методом туннельной атомно-силовой микроскопии; теоретическое исследование режима диссипативного 1D-туннельного переноса с учетом влияния отдельных локальных фононных мод широкозонной матрицы во внешнем электрическом поле при конечной температуре. Материалы и методы. При измерении пространственного и энергетического распределения локальной плотности состояний в квантовых точках InAs использовался метод сканирующей туннельной микроскопии в сверхвысоком вакууме. Образцы для исследований были выращены на подложках $n^+$-GaAs (001) марки АГЧO, легированных Sn методом гидридной эпитаксии металло-органических соединений при атмосферном давлении. При вычислении вероятности 1D-диссипативного туннелирования в модели двухъямного осцилляторного потенциала с точностью до предэкспоненциального фактора использовался метод инстантонов в приближении разреженного газа пар «инстантон - антиинстантон». Результаты. В рамках выполненного эксперимента по визуализации локальной плотности состояний в квантовых точках InAs/GaAs (001) методом туннельной атомно-силовой микроскопии в сверхвысоком вакууме получены туннельные вольт-амперные характеристики, где были обнаружены несколько неэквидистантных пиков. Предложена модель 1D-диссипативного туннелирования для интерпретации обнаруженных на эксперименте особенностей туннельных вольт-амперных характеристик контакта зонда атомно-силового микроскопа к поверхности квантовой точки. Найдено, что влияние промотирующих мод широкозонной матрицы на вероятность 1D-диссипативного туннелирования приводит к появлению двух отдельных пиков (как устойчивого, так и неустойчивого) в соответствующей полевой зависимости. Выводы. Показано, что теоретическая зависимость вероятности 1D-диссипативного туннелирования с учетом влияния одной промотирующей моды широкозонной матрицы от напряженности внешнего электрического поля лишь частично согласуется с экспериментальной вольт-амперной характеристикой контакта зонда атомно-силового микроскопа к поверхности квантовой точки InAs/GaAs (001). Вместо серии неэквидистантных пиков теоретическая модель дает только два, один из которых оказался неустойчивым. Для лучшего согласования теоретической модели и экспериментальных данных целесообразным может быть учет влияния двух локальных мод широкозонной матрицы. Показано, что наряду с режимом резонансного туннелирования, как предполагалось ранее, необходимо также учитывать вклад диссипативного режима (в пределе «слабого» затухания), который может проявляться в туннельных вольт-амперных характеристиках для полупроводниковых квантовых точек, помещенных в широкозонную матрицу.