Nonlinear optical phenomena are widely used for the study of semiconductor materials. The paper presents an overview of experimental and theoretical studies of excitons by the method of optical second and third harmonics generation in various bulk semiconductors (GaAs, CdTe, ZnSe, ZnO, Cu_2O, (Cd,Mn)Te, EuTe, EuSe), and low-dimensional heterostructures ZnSe/BeTe. Particular attention is paid to the role of external electric and magnetic fields that modify the exciton states and induce new mechanisms of optical harmonics generation. Microscopic mechanisms of harmonics generation based on the Stark effect, the spin and orbital Zeeman effects, and on the magneto-Stark effect specific for excitons moving in an external magnetic field are considered. This approach makes it possible to study the properties of excitons and to obtain new information on their energy and spin structure that is not available when the excitons are investigated by linear optical spectroscopy. As a result of these studies, a large amount of information was obtained, which allows us to conclude on the establishing of a new field of research—exciton spectroscopy by the method of optical harmonics generation.

The dynamics of the photoluminescence negative circular polarization of the InP/(In,Ga)P quantum dots ensemble was studied. We find that in the time-resolved dependences of the polarization there are no oscillations in Voigt magnetic field. Also, with increasing field the polarization declines to zero. Such behavior is attributed to the peculiarities of the negatively charged exciton spin dynamics, particularly, to the fact that in the negatively charged exciton ground state the spin dynamics is governed by the heavy hole. We show that magnetic field depolarization of the photoluminescence occurs once the field of dynamically polarized nuclear spins acting on electron spins is surpassed.

The melt method is used for synthesizing monodispersed spherical silica nanoparticles Gd_ x -Si_ y O_ z :Eu^3+. The particle diameter is 450 nm, and the standard deviation does not exceed 5%. The nanoparticles have a line luminescence spectrum with a dominant band at 614 nm. The effect of a constant magnetic field up to 15 T on the intensity and shape of the luminescence spectra of Eu^3+ ions is studied. It is shown that the obtained material has a stable photoluminescence, the intensity of which does not depend on the magnetic field in the entire studied range. The synthesized nanoparticles Gd_ x Si_ y O_ z : Eu^3+ are promising for use as a contrast agent for magnetic resonance tomography and luminescent marker.

Представлен обзор по спектроскопии фотонного эха при резонансном возбуждении экситонных комплексов в полупроводниковых наноструктурах. Использвание импульсной методики четырехволнового смешивания с гетеродинным детектированием позволяет измерять когерентный отклик системы с пикосекундным временным разрешением. Показано, что при резонансном селективном импульсном возбуждении локализованных экситонных комплексов когерентный сигнал определяется фотонным эхом вследствие неоднородного уширения оптических переходов. Для случая резонансного возбуждения трионов или экситонов, связанных на донорах, зеемановское расщепление спиновых уровней резидентных электронов в поперечном магнитном поле приводит к появлению квантовых биений фотонного эха на частоте ларморовой прецессии. При этом в магнитном поле удается осуществить когерентный перенос оптического возбуждения в спиновый ансамбль резидентных электронов и наблюдать долгоживущее фотонное эхо. Данные эксперименты могут быть использованы в качестве спектроскопии c высоким разрешением для измерения расщеплений в основном состоянии системы. В обзоре обсуждаются осцилляции Раби и их затухание при возбуждении мощными оптическими импульсами экситонных комплексов с разной степенью локализации. Показано, что гашение сигнала фотонного эха с увеличением интенсивности возбуждающих импульсов наиболее ярко выражено при возбужденни экситонов, в то время как для трионов и экситонов связанных на донорах, этот эффект значительно слабее. Авторы благодарят за финансовую поддержку Deutsche Forschungsgemeinschaft ICRC TRR-160 (проект A3) и Российский Фонд Фундаментальных Исследований (проект № 15-52-12016 ННИО_а). Работа выполнена при поддержке гранта СПбГУ 11.34.2.2012.

Представлен обзор спин-зависимых свойств экситонов в полупроводниковых коллоидных нанокристал-лах. Дана сравнительная характеристика фотолюминесценции (ФЛ) нейтральных и заряженых экситонов (трионов). Подробно обсуждаются механизмы и поляризация излучательной рекомбинации " темного" (запрещенного по спину) экситона, определяющие низкотемпературную ФЛ коллоидных нанокристаллов. Излучательная рекомбинация темного экситона становится возможной в результате одновременного перево-рота поверхностного спина и спина электрона в темном экситоне, приводящего к подмешиванию состояний светлого экситона. Такой механизм рекомбинации является эффективным в случае неупорядоченного состояния спиновой системы и подавляется при формировании поляронного состояния ферромагнитного характера. Обсуждаются условия и различные механизмы формирования спинового поляронного состояния и возможности его экспериментального детектирования. Представлен обзор экспериментальных и теоре-тических исследований магнитоиндуцированной циркулярной поляризации ФЛ в ансамблях коллоидных нанокристаллов.Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 17-02-01063), Правительства Российской Федерации (постановление № 220, договор № 14.Z50.31.0021, ведущий ученый М.Х. Байер) и Deutsche Forschungsgemeinschaft (в рамках проекта ICRC TRR 160).