Effets des perturbations extérieures sur les propriétés optoélectroniques des impuretés donneurs et des excitons dans les anneaux quantiques

Abstract

Le travail de ce mémoire porte sur l’étude théorique des propriétés électroniques et optiques d’une impureté donneur faiblement liée et d’un exciton confiné dans un anneau quantique (QR) soumis à l’effet des perturbations extérieures. Les calculs ont été effectués via la méthode variationnelle dans le cadre de l’approximation de la masse effective. Dans un premier temps, nous avons examiné les effets de la variation des paramètres géométriques du QR (la hauteur 𝐻 et l’épaisseur radiale Δ𝑅), la position de l’impureté, la non parabolicité (NP) de la bande de conduction et de l'interaction de l’électron avec les phonons optiques longitudinaux (LO) volumiques sur l'énergie de liaison (𝐸𝑏), la susceptibilité diamagnétique (𝜒𝑑𝑖𝑎) et la polarisabilité (𝛼𝑝) d'une impureté confinée dans un QR à base de wurtzite 𝐺𝑎𝑁/𝐺𝑎1−𝑥𝐴𝑙𝑥𝑁 en présence d'un champ électrique externe appliqué suivant la direction 𝑧. De plus, nous avons examiné, dans le cas d'un potentiel de confinement infini, l’effet combiné de la NP de la bande de conduction et la correction polaronique sur l’𝐸𝑏 et la 𝜒𝑑𝑖𝑎. Nous avons montré que : l’effet de la NP et la correction polaronique entraînent une augmentation de l’énergie de liaison de l’impureté, en particulier lorsque l'impureté est localisée au centre de QR. La susceptibilité diamagnétique 𝜒𝑑𝑖𝑎 est très sensible à l’effet de la NP de la bande de conduction et de la correction polaronique, en particulier lorsque l’impureté est localisée au centre du système QR. D'autre part, nous avons constaté que pour un fort confinement, la 𝛼𝑝 est insensible à l'effet du polaron, alors que pour le régime de confinement intermédiaire et faible, l'effet du polaron tend à diminuer la 𝛼𝑝. Dans un second temps, nous avons développé une étude théorique sur les propriétés optoélectroniques d’un exciton confiné dans le QR à base de 𝐺𝑎𝐴𝑠/𝐺𝑎1−𝑥𝐴𝑙𝑥𝐴𝑠 sous les effets de la pression hydrostatique (𝑃) et de la température (𝑇) en calculant l’énergie de liaison à l’état fondamental 𝐸𝑏1𝑠, premier état excité 𝐸𝑏2𝑠 et l'énergie d'émission interbande 𝐸𝑝ℎ. Nous avons trouvé que 𝐸𝑏1𝑠, 𝐸𝑏2𝑠 et 𝐸𝑝ℎ augmentent avec la pression, tandis qu’elles diminuent avec la température. Nous avons également constaté que pour un confinement fort, 𝐸𝑝ℎ augmente avec la concentration de l'aluminium, et pour un faible confinement, elle devient indépendante de la hauteur de la barrière de potentiel de confinement.