Дисертацiю присвячено дослiдженню когерентних властивостей одиничної InGaAs/GaAs напiвпровiдникової КТ та можливостi реалiзацiї на її базi квантово вентиля. Виготовлено приладу з можливостями оптичного резонансного збудження КТ та вимiрювання кiнцевого стану КТ електричним шляхом. Спостережено Рабi осциляцiї заселеностi стану нейтрального екситона, i таким чином перевiрено можливiсть опису КТ, як квантової дворiвневої системи. У вимiрюваннях фотоструму зафiксовано квантово-розмiрний ефект Штарка та ефект квантової iнтерференцiї. Дослiджено вплив спектральної форми лазерного iмпульсу на еволюцiю квантового стану екситона напiвпровiдникової самоорганiзованої КТ у фотодiодi. Використовуючи збудження двома послiдовними оптичними iмпульсами дослiджено механiзм вiдновлення поглинання стану екситона. У поєднаннi iз вимiрюваннями квантової iнтерференцiї це дало змогу роздiлити вклади часу життя та втрати фази системи у час когерентностi.^UThe dissertation is dedicated to the study of the coherent properties of a two-level system based on the ground state neutral exciton of a single InGaAs self-assembled quantum dot (QD) embedded in an n-i-Schottky diode and the possibility of realization of a quantum gate on its basis. An instrument with the capabilities of optical resonant excitation of QDs and measurement of the final quantum state of QDs electrically has been fabricated. Rabi oscillations of the neutral exciton populationhas been observed (for pulse-areas of up to 6π) and thus tested the possibility of describing a QD as a quantum two-level system. Quantum-confinement Stark effect and quantum interference effect were recorded in photocurrent measurements. Strong nonlinear absorption in the excitation profile of a single InGaAs QD exciton driven by a rectangular spectrum optical pulse, in a region of detuning where the linear response is weak has been observed. Here the exciton is resonant with the temporal side-lobes of the pulse, which drive a damped Rabi oscillation. Good agreement is found between experiment and a two-level atom model. In the nonlinear regime the excitation profile exhibits features from both the rectangular spectrum and the two peaks present in the spectrum of the autocorrelation of the pulse. Using excitation by two consecutive optical pulses the mechanism of exciton absorption recovery in a QD was investigated. In combination with the measurements of quantum interference, this made it possible to divide the contributions of the lifetime and the loss of the phase of the system into the time of coherence. The coherence decay of a single-exciton-based qubit with electrical readout is investigated. Pairs of laser pulses initialize the qubit state and then map the target basis onto the measurement basis, probing the decay of either the population inversion or electronic polarization components of the state vector. A comparison of coherence and population decay confirms that the exciton coherence is lifetime limited by fast voltage-tunable electron tunneling. Optimum coherence times are limited by a heavy-hole tunneling rate slow compared with the repetition rate of the laser.

Дисертацію присвячено встановленню механізмів перебудови підсистеми дефектів в об'ємних і нанорозмірних світловипромінюючих напівпровідникових матеріалах на основі сполук А2В6 і А3В5 під дією електричного поля, термічного відпалу та опромінення і з'ясуванню впливу цієї перебудови на нерівноважні електронні та іонні процеси в цих матеріалах. Досліджено чотири класи нанорозмірних об'єктів, які є актуальними для створення високоефективних, енергозберігаючих та дешевих світловипромінюючих приладів видимого та ближнього інфрачервоного діапазонів світла: тонкі плівки, гетероструктури з квантовими ямами (КЯ) і самоорганізованими квантовими точками (КТ), колоїдні КТ і композити на їх основі. На прикладі монокристалів ZnO і CdS, які були модельними об'єктами, продемонстровано, що за допомогою електричного поля можна легувати та очищати матеріали сполук А2В6 від домішок металів, а також розділити вплив домішок та власних точкових дефектів на їх люмінесцентні характеристики. В тонких шарах і монокристалах ZnO виявлено ефекти, зумовлені впливом внутрішніх електричних полів на перелокалізацію мілких донорів та характер сегрегації домішок рідкоземельних металів при термічних відпалах. В гетероструктурах сполук А2В6 виявлено ефект негативного впливу катіонних вакансій на самоорганізацію КТ через посилення процесів інтердифузії. Продемонстрована роль вакансій в деградації структур з КТ при термічних відпалах і підтверджена вища термічна стабільність структур з КТ у порівнянні з КЯ. Встановлено механізми термічного гасіння інтенсивності екситонної фотолюмінесценції (ФЛ) в гетероструктурах CdSe/ZnSe та InAs/ InGaAs/GaAs з самоорганізованими КТ та запропоновані люмінесцентні методи контролю розподілу дефектів в цих матеріалах. Запропоновані способи підвищення інтенсивності ФЛ гетероструктур CdZnTe/ZnTe та InGaAsN/GaAs з КЯ. Ідентифіковані процеси та запропоновані механізми перебудови дефектів на поверхні нелегованих та легованих домішками металів колоїдних КТ сполук А2В6 та А1А3В6, стимульовані опроміненням світлом, взаємодією з іонами важких металів та приєднанням біо-молекул. Виявлено ефекти фото- та термостимульованого підсилення та деградації ФЛ в композитах з КТ, які зумовлені перебудовою функціональних груп полімеру на інтерфейсі КТ/желатин і КТ/полівініловий спирт і виявлена вища стабільність композитів з желатином. Продемонстровано можливість використання колоїдних КТ сполук А1А3В6 для детектування іонів важких металів. Запропоновано метод підтвердження утворення біокомплексів з колоїдними КТ CdSe(Te)/ZnS, який базується на реєстрації зміни спектрального положення смуги люмінесценції КТ.^UThe dissertation is aimed at elucidation of the mechanisms of defect rearrangement under electric field, thermal annealing, and irradiation as well as at clarification of the influence of this rearrangement on electron and ion processes in bulk and nanoscale light-emitting semiconductor materials based on II-VI and III-V compounds. Four classes of nanoscale objects that are relevant for application in highly efficient, energy saving and cheap light-emitting devices of visible and near-infrared spectral ranges have been investigated: thin films, heterostructures with quantum wells (QW) and self-organized quantum dots (QDs), colloidal QDs and nanocomposites on their basis. In addition, the single crystals have been studied as the model objects. It is shown that in the single crystals and thin films based on II-VI semiconductors the rearrangement of ionized point defects under internal electric fields in the region of p-n junctions and the fields created by electric charges localized on the surface plays a significant role in the reconstruction of defect system. Using the drift of ionized defects, it is shown that the interstitial zinc, Zni, that is a shallow donor in ZnO, is a part of defect complex responsible for green luminescence band. The model of the Tb3+ luminescence center in ZnO including the substitutional terbium, Tb3+Zn, and interstitial oxygen is proposed. In the nanoscale heterostructures based on II-VI compounds, the negative impact of cation vacancies on QD self-organization is revealed for the first time. It is shown that in CdSe/ZnSe QD heterostructures with a large number of cation vacancies, a wetting layer with an ensemble of QDs with shallow exciton localization potential are formed due to enhancing interdiffusion processes. Similarly, insertion of 1 monolayer of CdTe in the Cd0.4Zn0.6Te/ZnTe QW promotes Cd/Zn interdiffusion and formation of the QW with shallow exciton localization potential that causes an increase in 8 times of the photoluminescence (PL) intensity. The process of thermal generation of cation vacancies in the near surface layer of CdSe/ZnSe QD heterostructures is revealed and the influence of cation vacancies on the degradation of the QD structures under thermal annealing is demonstrated. Higher thermal stability of the QD structures in comparison with the QWs is confirmed and ascribed to effective localization of carriers in the QDs that prevents their diffusion into other parts of heterostructure, in which radiation-stimulated strain relaxation could occur. The mechanisms of thermal quenching of exciton PL in CdSe/ZnSe and InAs/InGaAs/GaAs heterostructures with self-organized QDs were established and the luminescent methods for control of defect distribution in these materials were proposed. An analytical solution of the system of coupled equations in the stationary case for the model of independent capture of charge carriers in the CdSe/ZnSe QD heterostructure is obtained. It is shown that this model satisfactorily describes thermal quenching of quantum dot PL intensity. In the undoped and doped with metal impurities colloidal QDs based on II-VI and I-III-VI compounds, the processes of surface defect reconstruction under light irradiation, interaction with heavy metal ions and conjugation with biomolecules were identified and their mechanisms were established. It is found that the changes in the PL characteristics of CdSe(Te)/ZnS QDs occurred upon drying the QD solution on a solid substrate are caused by QD oxidation resulted in the reduction of QD's core diameter and rearrangement of defects on its surface. It is shown for the first time that QD conjugation with biomolecules promotes QD oxidation. In the QD composites, the effects of photo- and thermally stimulated enhancement and degradation of the QD luminescence caused by rearrangement of polymer functional groups at the QD/gelatin and QD/polyvinyl alcohol interfaces which affects surface defect passivation were identified. The mechanisms of the effects were proposed. Higher stability of the gelatin-based composites was demonstrated. The method for the increase of the PL intensity of InGaAsN/GaAs QW heterostructures by adding about 1% Sb acting as surfactant is proposed. The possibility of application of colloidal QDs based on I-III-VI compounds for heavy metal ion detection has been demonstrated. A simple method for detection of QD bioconjugate is proposed. The method is based on registration of the changes that occur in the spectral position of the PL band of CdSe(Te)/ZnS QDs due to conjugation with bio-molecules upon drying on a solid substrate.