Successive absorption and refraction of ultrathin molecular nano-films

Abstract

UDC:620.194.6 Sukcesivna apsorpcija i refrakcija kod ultratankih molekulskih nanofilmova U radu su na osnovu formiranog modela nanofilm kristalnih struktura teorijski istraživane i izučavane promjene optičkih osobina usled prisustva granica kod simetričnih ultratankih filmova. Ispitani su uticaji pet graničnih parametara na pojavu lokalizovanih eksitonskih stanja, kao i na njihovu povezanost sa efektima diskretizacije i selekcije rezonantne apsorpcije prisutnog elektromagnetnog zračenja. Analitičko-numeričkim proračunom, nađen je energetski spektar eksitona i njihova prostorna distribucija duž ose ograničenja (po slojevima). Određena je relativna permitivnost ovih ultratankih dielektričnih filmova i analiziran uticaj graničnih parametara na pojavu diskretne, tj. selektivne apsorpcije. Ključne riječi: nanofilm, eksitoni, permitivnost, apsorpcija. UVODDobijanje fundamentalnih informacija o drugačijim fizičko-hemijskim osobinama materijala i njihova široka praktična (tehničko-tehnološka) primena u nano-opto-i bio-elektronici intenziviralo je teorijska istraživanja niskodimenzionih kristalnih sistema (nanostruktura: ultratankih filmova, kvantnih žica i tački i sl. [1]). U poređenju sa karakteristikama odgovarajućih "krupnih" uzoraka posebnost ovih "sitnih" struktura ogleda se u tome što prisustvo bliskih graničnih površi dovodi do veoma izmenjenih opšte poznatih svojstava ovih materijala i pojave nespecifičnih fenomena (kao posledica efekata dimenzionog kvantovanja) [2,3]. Upravo su eksitoni odgovorni za dielektrična, optička (apsorpcija, disperzija svetlosti, luminescencija), fotoelektrična i druga svojstva kristala [4]. U ovom radu smo posmatrali ultra-tanke dielektrične filmove (čija debljina ne prelazi desetak atomskih ravni). Tipični predstavnici ovakvih struktura su molekulski kristali i u njima se javljaju elementarna pobuđenja -eksitoni u rezultatu interakcije spoljašnjeg elektromagnetnog polja i elektrona kristala. Pomoću eksitonskog zakona disperzije i njihove gustine stanja, teorijski se definiše relativna permitivnost, a preko nje i optičke osobine posmatranog sistema. EKSITONI U NANO-FILMUStandardni izraz za efektivni eksitonski hamiltonijan u harmonijskoj aproksimaciji [4,5] ima oblik: Sistemi ograničeni dvema paralelnim površima nazivaju se filmovi [9][10][11]. Dimenzije kristalnog nano-filma su takve da je u XY neograničen, dok u z-pravcu ima konačnu debljinu L=Na. Posmatraćemo dielektrični nano-film (slika 1), koji se praktično može napraviti kontrolisanim dopiranjem masivnih uzoraka ili specifičnim nanosom na njih Slika 1 -Model ultratankog dielektričnog filmaUzimajući u obzir granične uslove (3) i izraze za hamiltonijan (1) i jednačinu kretanja (2) dolazimo do jednačine za tražene Grinove funkcije [11][12][13][14][15]. Nakon potpune vremenske, ali sada i samo delimične prostorne Furije-transformacije ovih jednačina, dobijamo:gde je uvedena oznaka:Jednačina (4) predstavlja sistem od N+1 nehomogenih algebarsko-diferencnih jednačina za Grinove funkcije. Kako su nam za nalaženje zakona disperzije...