Введение. 
Теоретическое исследование влияния зоны проводимости на структуру энергетических уровней примесных ионов в кристаллах

В последнее время возникла необходимость в использовании квантовой электроники широкозонных полупроводниковых материалов, активированных ионами группы железа. Главной областью применения таких сред является создание новых магнитных материалов с новыми свойствами. Для этой цели двойные проводники типа A3B5 вводят ионы железа, кобольта, никеля, придавая полупроводнику магнитные свойства. Теоретические и экспериментальные аспекты создания и исследования таких сред нашли отражение в монографии Кикоина, Флюрова, изданной в Израиле. 1] Наряду с этим полупроводниковые материалы, активированные другим классом ионов группы железа, а именно титаном, ванадием, хромом, перспективны для применения в качестве комбинированных активных сред, для создания лазеров, люминесцентных источников света и т. п. Для таких сред определяющим свойством являются спектроскопические, а не магнитные свойства ионов. Таким образом, проблема исследования спектроскопических свойств, перечисленных 3d — ионов, является актуальной и составляет содержание настоящей выпускной квалификационной работы.

Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Во введении обосновывается актуальность работы.

В 1 главе рассматривается теоретические подходы, используемые для исследования спектроскопических свойств примесных ионов в кристаллических матрицах.

В настоящее время имеется проблема учета корреляционных эффектов при взаимодействии одиночного электрона с электронным ансамблем. Дело в том, что в ансамбле электронов распределение электронов по состояниям производится с учетом принципа Паули. Следовательно, изменение состояния отдельного электрона ведет к перестройке состояний электронного ансамбля. Проблема учета этого эффекта в настоящее время далека от своего решения и учитывается в основном эмпирическими методами. Строгие рассчеты существуют только для свободного газа электронов в ящике с кулоновским взаимодействием между ними. Соответствующие рассчеты были выполнены Гелл-Маном и Бракнером, являются по существу единственным вычислением корреляционной энергии из первых принципов. Поэтому в главе 2 проведен обзор эмперических формул для корреляционной энергии электронно-дырочной плазме в полупроводниках.

В главе 3 приводится пример рассчета свойств двумерной электронно-дырочной плазмы из первых принципов, при помощи численных методов. Изложение базируется на оригинальной работе Васильченко А. А. и Тумаева Е. Н. 2] с целью применения этих методов для исследования спектроскопических свойств ионов в полупроводниках.

В главе 4 развивается общая теория взаимодействия оптического электрона примесного иона с ансамблем электронов зоны проводимости. Рассчеты выполнены в одном электронном приближении, для которого получена величина для расщепления уровня энергии 3d1 — иона в тетраэдрической позиции. Величина полного расщепления уровней примесного иона складывается из вычисленной в главе 4 величины расщепления в элетронном приближении и приведенной в главах 2 и 3 величины корреляционной энергии. Обе эти энергии зависят от плотности носителей заряда в зоне проводимости и подбираются под конкретную полупроводниковую матрицу. Таким образом выпускная квалификационная работа состоит не только из вычисления расщепления уровней энергии в одноэлектронном приближении, но и учете коллективных эффектов. Насколько известно, автору и научному руководителю выпускной квалификационной работы в таком объеме задача исследования спектроскопических свойств не ставилась.

В заключении приведены основные результаты выпускной квалификационной работы.