Details

В работе построена упругая модель квантового кольца в виде полого цилиндрического включения с полостью, заполненной материалом матрицы, в упругом полупространстве. Найдены и исследованы поля напряжений несоответствия от такого включения. Предложен механизм релаксации этих напряжений за счет образования малой прямоугольной призматической дислокационной петли (ПДП) в стенке включения. Найдено аналитическое выражение для энергии взаимодействия ПДП с упругим полем включения. Показано, что свободная поверхность гетероэпитаксиальной пленки оказывает существенное экранирующее влияние на поля напряжений несоответствия внутри и вокруг квантового кольца, выращенного на подложке из того же материала и заращённого гетероэпитаксиальной пленкой. Сделан вывод, что эффективным механизмом релаксации упругих полей и энергии такого квантового кольца может стать образование прямоугольной ПДП в центральной области стенки кольца у его внутренней поверхности. Для реализации этого механизма релаксации необходимо превышение параметром несоответствия некоторого критического значения, которое определяется размерами квантового кольца и глубиной его залегания под свободной поверхностью гетероэпитаксиальной пленки.

In this work, an elastic model of a quantum ring in the form of a hollow cylindrical inclusion with a cavity filled with the matrix material in an elastic half-space is constructed. The fields of misfit stresses from such an inclusion are found and investigated. A mechanism for the relaxation of these stresses due to the formation of a small rectangular prismatic dislocation loop (PDL) in the wall of the inclusion is proposed. An analytical expression for the interaction energy of the PDL with the elastic field of the inclusion is found. It is shown that the free surface of the heteroepitaxial film has a significant screening effect on the misfit stress fields inside and around the quantum ring grown on a substrate of the same material and overgrown with a heteroepitaxial film. It is concluded that the formation of a rectangular PDL in the central region of the ring wall near its inner surface can be an effective mechanism for the relaxation of elastic fields and energy of such a quantum ring. To implement this relaxation mechanism, it is necessary for the mismatch parameter to exceed a certain critical value, which is determined by the sizes of the quantum ring and the depth of its location under the free surface of the heteroepitaxial film.