Влияние обменного взаимодействия на энергетический спектр и оптические свойства резонансных $D^-_2$-состояний в квантовых ямах во внешнем магнитном поле

Интерес к квантовым ямам с резонансными состояниями примесных центров связан с перспективой создания новых источников стимулированного излучения на примесных переходах. Особый интерес представляют резонансные $D^-_2$-состояния, образующиеся в результате обобществления электрона двумя нейтральными донорами. В этом случае появляются новые возможности для управления термами примесных молекулярных состояний, где важную роль начинают играть расстояние между нейтральными донорами и пространственная конфигурация $D^-_2$-центра в объеме квантовой ямы. Целью данной работы является теоретическое исследование влияния обменного взаимодействия на энергетический спектр $D^-_2$-центров с резонансными g - и u-состояниями в квантовой яме при наличии внешнего магнитного поля, а также на примесное магнитооптическое поглощение в многоямной квантовой структуре с резонансными $D^-_2$-состояниями. Сравнение полученных теоретических результатов проведено с экспериментальными данными по зависимости энергии связи $D^-$-состояния от величины внешнего магнитного поля в квантовой яме GaAs/AlGaAs, легированной мелкими донорами Si. Для решения задачи о связанных состояниях электрона, локализованного на $D^-_2$-центре с резонансными g - и u-состояниями в параболической квантовой яме во внешнем магнитном поле, использовался метод потенциала нулевого радиуса и приближение эффективной массы. Расчет коэффициента примесного магнитооптического поглощения в многоямной квантовой структуре с резонансными $D^-_2$-состояниями проведен в дипольном приближении с учетом лоренцева уширения энергетических уровней. Исследована зависимость средней энергии связи резонансного g-состояния $D^-_2$-центра от величины внешнего магнитного поля с учетом лоренцева уширения энергетических уровней. Проведено сравнение с экспериментальными данными по зависимости энергии связи электрона на $D^-$-центре от величины внешнего магнитного поля в квантовой яме GaAs/AlGaAs с мелкими донорами Si и продемонстрировано хорошее согласие с теоретическими расчетами. Выдвинуто предположение, что в квантовых ямах GaAs/AlGaAs, легированных мелкими донорами Si, при определенных условиях возможно существование резонансных $D^-_2$-состояний, образующихся в результате обобществления электрона двумя нейтральными донорами. Обменное взаимодействие между $D^0$-центрами может приводить к образованию резонансных $D^-_2$-состояний в квантовых ямах GaAs/AlGaAs, легированных мелкими донорами Si. В спектрах примесного магнитооптического поглощения в многоямных квантовых структурах обменное взаимодействие проявляется в наличии осцилляций интерференционной природы, амплитуда которых достаточно быстро убывает с ростом среднего расстояния между нейтральными донорами.