(LUẬN văn THẠC sĩ) ảnh hưởng của sóng điện từ mạnh lên hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp có kể đến hiệu ứng giam cầm của phonon

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đào Thu Hằng ẢNH HƢỞNG CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH LÊN HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ YẾU BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP CÓ KỂ ĐẾN HIỆU ỨNG GIAM CẦM CỦA PHONON (TRƢỜNG HỢP TÁN XẠ ĐIỆN TỬ PHONON QUANG) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ Đào Thu Hằng ẢNH HƢỞNG CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH LÊN HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ YẾU BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP CÓ KỂ ĐẾN HIỆU ỨNG GIAM CẦM CỦA PHONON (TRƢỜNG HỢP TÁN XẠ ĐIỆN TỬ -PHONON QUANG) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số: 60 44 01 Cán hƣớng dẫn : GS.TS Nguyễn Quang Báu Hà Nội – 2012 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……1 Lý chọn đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ SIÊU MẠNG PHA TẠP VÀ BÀI TỐN VỀ HẤP THỤ SĨNG ĐIỆN TỪ TRONG BÁN DẪN KHỐI ………………………………… Tổng quan siêu mạng pha tạp 1.1 Khái niệm siêu mạng pha tạp 1.2 Phổ lƣợng hàm sóng điện tử siêu mạng pha tạp Hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử bán dẫn khối có mặt hai sóng điện từ 2.1 Xây dựng phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử bán dẫn khối 2.2 Tính hệ số hấp thụ 15 CHƢƠNG PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG LƢỢNG TỬ VÀ BIỂU THỨC GIẢI TÍCH CỦA HỆ SỐ HẤP THỤ SĨNG ĐIỆN TỪ YẾU BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP DƢỚI ẢNH HƢỞNG SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH CÓ KỂ ĐẾN HIỆU ỨNG GIAM CẦM CỦA PHONON(TRƢỜNG HỢP TÁN XẠ ĐIỆN TỬ-PHONON QUANG) 22 Phƣơng trình động lƣợng tử điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có mặt hai sóng 22 Tính hệ số hấp thụ sóng điện tử yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có mặt trƣờng song điện từ mạnh 39 CHƢƠNG TÍNH TỐN SỐ VÀ VẼ ĐỒ THỊ KẾT QUẢ LÝ THUYẾT CHO SIÊU MẠNG PHA TẠP n-GaAs/p-GaAs 52 3.1 Tính tốn số vẽ đồ thị cho hệ số hấp thụ α cho trƣờng hợp siêu mạng pha tạp nGaAs/ p- GaAs: 52 3.2 Nhận xét 54 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự mở rộng nghiên cứu hệ bán dẫn thấp chiều, có hệ hai chiều thời gian gần đem lại nhiều ứng dụng to lớn đời sống, lôi tham gia nghiên cứu nhiều nhà khoa học khắp giới Việc chuyển từ hệ ba chiều sang hệ thấp chiều làm thay đổi nhiều tính chất vật lý định tính lẫn định lƣợng vật liệu [1,14], Trong số đó, có tốn ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên sóng điện từ yếu loại vật liệu Trong bán dẫn khối, điện tử chuyển động toàn mạng tinh thể (cấu trúc chiều) hệ thấp chiều, chuyển động điện tử bị giới hạn nghiêm ngặt dọc theo (hoặc hai, ba) hƣớng tọa độ Phổ lƣợng hạt tải trở nên bị gián đoạn theo phƣơng Sự lƣợng tử hóa phổ lƣợng hạt tải dẫn đến thay đổi đại lƣợng vật liệu nhƣ: hàm phân bố, mật độ trạng thái, mật độ dòng, tƣơng tác điện tử - phonon… Nhƣ vậy, chuyển đổi từ hệ 3D sang hệ 2D, 1D làm thay đổi đáng kể tính chất vật lý hệ Đối với hệ hai chiều (2D), cụ thể siêu mạng pha tạp, có tác dụng từ trƣờng vào hệ thấp chiều, trƣờng hợp từ trƣờng song song với trục siêu mạng, phổ lƣợng điện tử trƣờng hợp trở nên gián đoạn hồn tồn Chính gián đoạn hoàn toàn phổ lƣợng lần lại ảnh hƣởng lên tính chất phi tuyến hệ Trong lĩnh vực nghiên cứu lý thuyết, công trình ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên sóng điện từ yếu bán dẫn khối đƣợc nghiên cứu nhiều Thời gian gần có cơng trình nghiên cứu ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên hấp thụ phi tuyến sóng điện tử yếu từ điện tử giam cầm bán dẫn thấp chiều Tuy nhiên, siêu mạng pha tạp, ảnh hƣởng trƣờng xạ laze lên hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử giam cầm có kể đến hiệu ứng giam cầm phonon vấn đề mở, chƣa đƣợc giải Do đó, luận văn này, tơi chọn vấn đề nghiên cứu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com “Ảnh hưởng sóng điện từ mạnh lên hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có kể đến hiệu ứng giam cầm phonon(trường hợp tán xạ điện tử-phonon quang’’ Về phương pháp nghiên cứu: Chúng ta sử dụng nhiều phƣơng pháp lý thuyết khác để giải toán hấp thụ phi tuyến sóng điện từ nhƣ nhƣ lý thuyết hàm Green, phƣơng pháp phƣơng trình động lƣợng tử… Mỗi phƣơng pháp có ƣu điểm riêng nên việc áp dụng chúng nhƣ cịn phụ thuộc vào tốn cụ thể Trong luận văn này, sử dụng phƣơng pháp phƣơng trình động lƣợng tử Từ Hamilton hệ biểu diễn lƣợng tử hóa lần hai ta xây dựng phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử giam cầm, áp dụng phƣơng trình động lƣợng tử để tính mật độ dịng hạt tải, từ suy biểu thức giải tích hệ số hấp thụ.Đây phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi nghiên cứu hệ bán dẫn thấp chiều, đạt hiệu cao cho kết có ý nghĩa khoa học định Về đối tượng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu luận văn cấu trúc bán dẫn thấp chiều thuộc hệ hai chiều Đối tƣợng đặc biệt siêu mạng pha tạp Kết luận văn đƣa đƣợc biểu thức giải tích ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có kể đến hiệu ứng giam cầm phonon Biểu thức rằng, hệ số hấp thụ phụ thuộc phi tuyến vào cƣờng độ sóng điện từ, phụ thuộc phức tạp khơng tuyến tính nhiệt độ T hệ, tần số  sóng điện từ tham số siêu mạng pha tạp Kết đƣợc đƣa so sánh với toán tƣơng tự bán dẫn khối để thấy đƣợc khác biệt Cấu trúc khóa luận: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, khóa luận đƣợc chia làm chƣơng, mục, hình vẽ Chƣơng I: Giới thiệu siêu mạng pha tạp toán hệ số hấp thụ sóng điện từ bán dẫn khối Chƣơng II: Phƣơng trình động lƣợng tử biểu thức giải tích hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu điện từ giam cầm siêu mạng pha tạp dƣới ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh có kể đến hiệu ứng giam cầm phonon (trƣờng hợp tán xạ điện tử-phonon quang) Chƣơng III: Tính tốn số vẽ đồ thị kết lý thuyết cho siêu mạng pha tạp GaAs/ GaAsAl TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trong chƣơng II chƣơng III hai chƣơng chứa đựng kết khóa luận Các kết tính tốn luận văn đƣợc báo cáo hội nghị Vật lý lý thuyết trƣờng ĐH KHTN-ĐHQGHN: “The influence of strong electromagnetic waveon the absorption of a weak electromagnetic wave by confined electrons in doped superlattices, including the effect of phonon confinement” TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ SIÊU MẠNG PHA TẠP VÀ BÀI TỐN VỀ HẤP THỤ SĨNG ĐIỆN TỪ TRONG BÁN DẪN KHỐI Trong chƣơng trình bày khái quát siêu mạng pha tạp (cấu trúc phổ lƣợng, hàm sóng điện từ) từ phƣơng pháp phƣơng trình động lƣợng tử đƣa biểu thức giải thích cho hệ số hấp thụ sóng điẹn từ yếu điẹn tử bán dẫn khối chịu ảnh hƣởng trƣờng laser Tổng quan siêu mạng pha tạp 1.1 Khái niệm siêu mạng pha tạp Bán dẫn siêu mạng loại cấu trúc tuần hoàn nhân tạo gồm lớp bán dẫn thuộc hai loại khác có độ dày cỡ nanomet đặt Do cấu trúc tuần hoàn, bán dẫn siêu mạng, tuần hồn mạng tinh thể, electron cịn phải chịu tuần hoàn phụ siêu mạng tạo với chu kỳ lớn số mạng nhiều Thế phụ đƣợc tạo nên khác biệt đáy vùng dẫn hai bán dẫn cấu trúc thành siêu mạng Trong bán dẫn siêu mạng, chiều dài lớp đủ hẹp để electron suyên qua lớp mỏng nhau, coi siêu mạng nhƣ tuần hoàn bổ sung vào cảu mạng tinh thể Bán dẫn siêu mạng đƣợc chia làm hai loại: bán dẫn siêu mạng pha tạp bán dẫn siêu mạng hợp phần Bán dẫn siêu mạng pha tạp có cấu tạo hố siêu mạng đƣợc tạo thành từ hai lớp bán dẫn loại nhƣng đƣợc pha tạp khác 1.2 Phổ lƣợng hàm sóng điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp Với giả thiết hố có thành cao vơ hạn, giải phƣơng trình Schrodinger cho điện tử chuyển động hố ta thu đƣợc hàm sóng phổ lƣợng điện tử nhƣ sau:     S0 ikz jz ip r   ( r )  e U n  r   e  n  z  jd  n, p j 1 Phổ lƣợng: 2 p2  n,p  p  n    *   2 2m Trong TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com    Với p   ( p x , p y ) n = 1,2,3 số lƣợng tử phổ lƣợng theo phƣơng z    p  p   p z vectơ xung lƣợng điện tử (chính xác vectơ sóng điện tử) Với  Oxy : Hệ số chuẩn hóa hàm sóng mặt phẳng Oxy m: khối lƣợng hiệu dụng điện tử; L: chiều dài siêu mạng pha tạp   p  : Hình chiếu p mặt phẳng (x, y)   r  : Hình chiếu r mặt phẳng (x, y) Nhƣ phổ lƣợng điện tử bị giam cầm siêu mạng pha tạp nhận giá trị lƣợng gián đoạn, không giống bán dẫn khối, phổ lƣợng liên tục tồn khơng gian Sự gián đoạn phổ lƣợng điện tử đặc trƣng điện tử bị giam cầm hệ thấp chiều nói chung siêu mạng pha tạp nói riêng Sự biến đổi phổ lƣợng nhƣ gây khác biệt đáng kể tất tính chất điện tử siêu mạng pha tạp so với mẫu khối Hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử bán dẫn khối có mặt hai sóng điện từ 2.1 Xây dựng phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử bán dẫn khối Xét Hamilton hệ điện tử - phonon bán dẫn khối: H  H e  H ph  H e ph Với: H e        p  p e     A(t )  a p a p ; H ph   q bqbq  c  q  H e ph   C a  a bq  bq   q p  q p (1)  q, p + ap , ap lần lƣợt toán tử sinh hủy điện tử ( kiểu hạt fecmi ) {ap , ap '}  {ap ' , ap }= p ,p' , [ap , ap' ]=[ap , ap ' ]  + bq , bq lần lƣợt toán tử sinh hủy phonon (kiểu hạt boson) [bp , bp' ]   p ,p' , [bp , bp' ]=[bp , bp ' ]  + Cq : số tƣơng tác điện tử - phonon TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com   e     e   A(t )  hàm lƣợng theo biến  p  A(t )  c c      2 p 2 Dạng tƣờng minh  ( p)   p / m *   ( p )  2m + p Phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử có dạng: i np (t ) t   ap ap , Hˆ    (2) t Vế phải (2) có tƣơng ứng ba số hạng với tốn tử Hamilton Ta lần lƣợt tính số hạng Số hạng thứ nhất:     e       a ; a   p p   p '  A(t )  a p ' a p '   c   p'   t   e            p  A(t )  a p a p , a p 'a p '    c   p   e      p  A(t )  ap ap  ap ap  c    Số hạng thứ hai:       a ;  b b a    p p  q q q  q         a ;  a  a b  b  a C  p p  q q    q p ' q p ' q, p '      Số hạng thứ ba: t       a a ; a  a  b  b   C q p p p '  q p ' q  q     t  q, p ' Làm tƣơng tự  a a ; a  a   a a      a  a   p p ' p , p ' q p ' q p p , p '  p p p ' q p '        a ;  a  a b  b  a C  p p  q q    q p ' q p ' q, p '       Cq  Fp ,p q ,q (t )  F   q *     p q , p ,  q t (t )  Fp ,p q ,q (t )  Fp*,p q , q (t )   Vậy phƣơng trình (2) trở thành: i np (t ) t * *   F    (t )  F    (t )  F    (t )  F    (t )   C q p , p  q , q p  q , p ,  q p , p  q , q p , p q , q    q (3) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com   (t )  a a b Với Fp , p ,q p p q i  (t ) Fp , p ,q t   ap a b ; H   p2 q  t (4) t Số hạng thứ nhất:     e            p3  A(t ) a p a p   a p a p bq ,   c p      3 t  e         ( p2 )   ( p1 )  p2  p1 A(t )  Fp ,p ,b (t ) m * c      q Số hạng thứ hai    q bq bq   ap ap bq ,   q   1 1 1  q ap ap bq  q ap ap bq ; bq bq   q t 1 t  q Fp ,p ,b (t ) t  q Số hạng thứ ba:   a ab  ,  C a  a b  b   p1 p2 q  q ,p q1 p q1 p q1  q1   C t   a ab , a  a b  b    p1 p2 q p q1 p q1  q1   q   q, p     a ab , a  a b  b    p p q pq p q  q    p ,p  q ap ap bq bq   p ,p q ap ap bq bq  p ,p a    p  q1 1 1 ap bq bq   p ,p a    p  q1 1 a b b   q , q ap ap ap     p2  q1 q 1 Đặt vào số hạng thứ ba ta đƣợc:   ap ap bq  ,  Cq ap q ap bq  bq   q ,p 1 1     a a  b b  b   C q p p  q q q  q  q1 1 1   t   C t  q1  q1   ap q a bq  bq bq p 1 1 t Thay số hạng vào (4) ta đƣợc phƣơng trình: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thay vào D hai số hạng vừa tính đƣợc I1 , I 2   s ,h B  a2    exp    (2 )    2k  T   4m*2 s2,h   |  s ,h |  Ds ,m      k   k T            n (46) )  N0 exp   ( n '   s ,h )    N0  exp( k BT  k BT      Tƣơng tự ta xét tổng: H s ,h    I m n ,n ' k  , m ,q n   n ,k  n   n' ,k   q        a2 q  2 k  q     q  q a1 q  ( s ,h  m* ) z    (47)   Tính tốn tƣơng tự ta thu đƣợc kết sau: 34 H s,m *2 | | B  a2        s , m   4m  s , m   a1   cos2  exp   k  s , h         2k T  (2 )      2k T             *  N0  exp( n )  N0 exp   ( n '   s , h )   (48) k BT    k BT    Gs ,h    I nm,n '  n n,k  k  , m ,q        a q  k   q  nn' ,k  q   a q  (   )    s ,h q  qz2   m*   Và: Gs ,m   2  mn0 2  m k T    n ,n' B 3 Lz        a2 q  dq dq  a q   x y   q3            m   n  exp    ( N  1)exp( )  N exp  (    )    s , h   n ' s , h  2 0 k BT  k BT 2 q    k BT   Gs , m (49)    B  a2     n   a exp  exp           * n ' s , h (2 )2     k BT   k BT      m *  2 0 q exp   kBT 22 q2  s,h  dq 0 cos     cos   1 d   (50) Ta tính TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2  cos M (   )cos (  1 )d Ta có: 2 2  +)  cos (   )d =  [1  cos2(   )]d  80 40 2  )  cos2(  1 )cos (   )d  cos2 20 2  2 +)  cos 2(  1 )cos (   )d  40 Vậy M 3   cos2 Thay M vào hàm Gs ,m ta đƣợc: *2 B  a2   3     s , h   4m  s , h   |  s , h |  Gs , m     k     a1   cos2  exp   (2 )      2k  T      2k  T      *  N0  exp( n )  N0 exp   ( n '   s , h )   (51) k BT  k BT     Thay kết Ds ,h , Gs ,h , H s ,h vào biểu thức hệ số hấp thụ  ta đƣợc(trƣờng hợp hấp thụ gần ngƣỡng) 32 3e2 2 k BT  c   E022  1   a2  B              2     D '0,1  D '0,1    H '0,1  H '0,1    G '0,1  G '0,1   32 n ,n '  1  ( H '1,1  H ' 1,1  H '1,1  H '1,1 )   G ' 1,1  G ' 1,1  G '1,1  G '1,1   16   G '2,1  G '2,1  G '2,1  G '2,1  (52) 64  Với TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com     4m  D 's , h   exp   s , h    2k T   4       n  )( N0  1)  exp   exp( k BT  k BT   *2 s,h  | s,h |    *  k  2 k T        ( n '   s , h )  N0     *2  | s,h |      s , h   4m  s , h   H 's , m  a1   cos2  exp   k      2k T  2   2k T             * exp( n )( N0  1)  exp   ( n '   s , h )  N0  k BT  k BT    *2     s , h   4m  s , h   |  s , h |   3 G 's , m  a1   cos2  exp      k5     2k  T      2k  T       * exp( n )  N  1  exp   ( n '   s , h )  N   k BT    k BT 0 Nhƣ từ biểu thức giải tích hàm phân bố không cân điện tử, thiết lập đƣợc biểu thức giải tích cho hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có mặt hai sóng điện từ có biến điệu Nhìn vào biểu thức (41) ta thấy hệ số  phụ thuộc phi tuyến vào cƣờng độ điện trƣờng E01 , phụ thuộc phức tạp khơng tuyến tính vào tần số 1 , 2 hai sóng điện từ, nhiệt độ T hệ tham sô đặc trƣng cho siêu mạng pha tạp (n,L) số giam cầm m phonon TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG TÍNH TỐN SỐ VÀ VẼ ĐỒ THỊ KẾT QUẢ LÝ THUYẾT CHO SIÊU MẠNG PHA TẠP n-GaAs/p-GaAs 3.1 Tính tốn số vẽ đồ thị cho hệ số hấp thụ α cho trƣờng hợp siêu mạng pha tạp nGaAs/ p- GaAs: Để thấy rõ phụ thuộc hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có từ trƣờng ngồi vào cƣờng độ điện trƣờng E0, lƣợng sóng điện từ  , nhiệt độ T hệ Trong chƣơng tính số biểu thức (2.71) vẽ đồ thị cho siêu mạng pha tạp điển hình n- GaAs/p- GaAs Lƣu ý q trình tính tốn số vẽ đồ thị có kể đến tổng theo m tham số đặc trƣng cho giam cầm phonon Các tham số vật liệu đƣợc sử dụng cho q trình tính tốn [8, 10]: Đại lượng Kí hiệu Gía trị Hệ số điện môi tĩnh 0 12.9 Hệ số điện môi cao tần  10.9 Điện tích hiệu dụng điện tử (C) e 2.07e0 Khối lượng hiệu dụng điện tử (kg) m 0.067m0 Năng lượng phonon quang (MeV) 0 36.25 Nồng độ hạt tải điện (m-3) n0 5.1022 Chu kì d siêu mạng (m) d 8.10-8 Nồng độ pha tạp nD 1024 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Sử dụng ngơn ngữ Matlab 7.9 chúng tơi tính toán số (xem phụ lục) thu đƣợc kết nhƣ sau: Hình vẽ 3.1: Sự phụ thuộc  vào T Hình vẽ 3.2: Sự phụ thuộc  vào tần số xạ lazer Ω1 Hình vẽ 3.3: Sự phụ thuộc  vào Ω2 Hình vẽ 3.4: Sự phụ thuộc  vào nD 3.2 Nhận xét Qua kết tính tốn vẽ đồ thị hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu siêu mạng pha tạp loại n-GaAs/p-GaAs dƣới ảnh hƣởng song điện từ mạnh có kể đến hiệu ứng giam cầm phonon, chúng tơi có số nhận xét sau: - Hình biểu diễn phụ thuộc hệ số hấp thụ vào nhiệt độ T Khi nhiệt độ biến thiên khoảng từ 0K đến 400K, hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu giảm, sau có giá TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com trị gần nhƣ không đổi gần giá trị So với trƣờng hợp khơng giam cầm phonon hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu trƣờng hợp giam cầm giảm nhanh nhiệt độ tăng - Hình biểu diễn phụ thuộc hệ số hấp thụ vào tần số trƣờng xạ laser Qua đồ thị ta nhận thấy, ban đầu hệ số hấp thụ có giá trị âm nhƣng tần số trƣờng xạ laser tăng lên hệ số hấp thụ tăng lên, vƣợt qua giá trị đạt đến giá trị gần nhƣ không đổi Giá trị âm hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu chứng tỏ sóng điện từ yếu đƣợc gia tăng Điều xảy bán dẫn thấp chiều nói chung siêu mạng pha tạp nói riêng - Hình biểu diễn phụ thuộc hệ số hấp thụ vào tần số sóng điện từ yếu Khi tần số sóng điện từ yếu tăng, hệ số hấp thụ ban đầu giảm dần, đạt cực tiểu, tăng dần cực đại hấp thụ tần số sóng yếu gần tần số phonon quang Sau hệ số hấp thụ giảm dần So với trƣờng hợp khơng giam cầm phonon hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu trƣờng hợp giam cầm phonon có giá trị cực tiểu, cực đại nhỏ - Hình biểu diễn phụ thuộc hệ số hấp thụ vào nồng độ pha tạp Khi nD tăng tùy thuộc vào nhiệt độ khác nhau, hệ số hấp thụ giảm dần tăng lên Trong phần vẽ đồ thị năm mức nhiệt độ khác năm đồ thị cho thấy rõ phụ thuộc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com KẾT LUẬN Bài tốn ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có kể đến hiệu ứng giam cầm phonon đƣợc nghiên cứu dựa sở phƣơng trình động lƣợng học lƣợng tử cho điện tử siêu mạng pha tạp thu đƣợc số kết nhƣ sau: Thu đƣợc biểu thức giải tích ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có kể đến hiệu ứng giam cầm phonon sở phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử giam cầm siêu mạng pha  tạp Bằng cách sử dụng phƣơng pháp xấp xỉ lặp ta tính đƣợc mật độ dịng điện j  t  , thơng qua tìm đƣợc biểu thức giải tích cho ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp có kể đến ảnh hƣởng phonon giam cầm cho chế tán xạ điện tử - phonon quang Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp dƣới ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh có kể đến ảnh hƣởng phonon giam cầm phụ thuộc phi tuyến vào cƣờng độ trƣờng sóng điện từ, vào nhiệt độ T mà phụ thuộc phức tạp vào tần số  trƣờng sóng điện từ, tham số đặc trƣng cho siêu mạng pha tạp Ngoài ra, độ lớn phụ thuộc vào tổng theo m tham số đặc trƣng cho giam cầm phonon Trong trƣờng hợp cho m→ (tức bỏ qua ảnh hƣởng phonon giam cầm), nhận đƣợc biểu thức giải tích cho hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ nhƣ kết tác giả trƣớc thu đƣợc 3.Đã tính tốn số vẽ đồ thị hệ số hấp thụ phi tuyến cho siêu mạng pha tạp n  GaAs / p  GaAs so sánh hai trƣờng hợp phonon giam cầm phonon không giam cầm Kết cho ta thấy: Dƣới ảnh hƣởng phonon giam cầm hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu dƣới ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh siêu mạng pha tạp nhỏ trƣờng hợp khơng giam cầm phonon Kết cho thấy dƣới ảnh hƣởng sóng điên từ mạnh hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu siêu mạng pha tạp mang giá trị âm Vì điều kiện thích hợp sóng điện từ yếu đƣợc gia tăng TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Bau, N.Q (2003), N.V.Nhan and T.C.Phong, “Parametric resonance of acoustic and optical phonons in a quantum well”, J Kor Phys Soc., Vol 42, No 5, 647651 Bau, N.Q and T.C.Phong (1998), “Calulations of the absorption coefficient of weak electromagnetic wave by free carrers in quantum wells by the Kubo-Mori method”, J.Phys.Soc.Jpn Vol.67, 3875 Bau, N.Q, N.V Nhan and T.C.Phon (2002), “Calculations of the absorption coefficient of weak Electromagnetic wave by free carriers in doped superlattices by using the Kubo-Mori Method”, J.Korean Phys Soc., Vol 41, 149-154 Bau, N.Q and H.D.Trien (2011), “The nonlinear absorption of a strong electromagnetic wave in low-dimensional systems”, Wave propagation, Ch.22, 461-482, Intech, Bau, N.Q., L.T.Hung, and N.D.Nam (2010), “The nonlinear absorption coefficient of strong electromagnetic wave by confined electrons in quantum wells under the infuences of confined phonons”, Journal of Electromagnetic Waves and Application, Vol.24, No.13, 1751-1761 Bau, N.Q, D.M.Hung (2010), “The influences phonons on the non-linear absorption coefficient of a strong electromagnetic wave by confined electrons in doping superlattices”, PIER Letters, Vol 15, 175-185 Bau, N.Q, D.M.Hung and N.B.Ngoc (2009), “The nonlinear absorption coefficent of a strong electromagnetic wave caused by confinded eletrons in quantum wells” J.Korean.Phys.Soc, Vol.42, No 2, 765-773 Epstein, E.M (1974), “Interaction of a strong electromgnetic wave on electron properties of semiconductors” Harris, Jr., J S (1990), “From bloch functions to quantum wells”, J Mod Phys B, Vol 4, 1149-1179 10 Malevich, V.L and E.M.Epstein, “Nonlinear optical properties of conduction electrons, in semiconductors”, Sov.Quantum Electronic, Vol 1, 1468-1470 11 N.V.Nhan,N.T.T.Nhan,N.V.Nghia and N.Q.Bau (2012)., ’’Ability to increase a weak electromagnetic wave by confined electrons in Quantum wells in the Presence of Laser Radiation’’ 12 Tsu, R and L.Esaki (1973), “Tunneling in a finte superlattice”, Appl Phys.Lett Vol.22, No 11,562-564 13 Vaslopoulos, P., M.Charbonneau, and C.M.Van Vliet (1987), “Linear and nonlinear electrical conduction in quasi-two-dimensional quantum well”, Phys.Rev.B Vol.35, 1334 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 Zhao, P.( 1994), “Phonon amplification by absorption of an intense laser field in a quantum well of polar material”, Phys Rev B, Vol 49, No 19, 13589-13599 PHỤ LỤC Chƣơng trình tính số vẽ đồ thị cho hệ số hấp thụ sóng điện yếu điện tử giam cầm siêu mạng pha tạp GaAs/GaAsAl có mặt hai sóng Để làm đƣợc việc này, chúng tơi sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlap 7.0 for Windows Hệ số hấp thụ α phụ thuộc phi tuyến vào cường độ sóng điện từ trường hợp phonon giam cầm: clc;clear all;close all; e0=1.60219e-19;m0=9.109389e-31;h1=1.05459e-34; hw0=36.25e-3*e0;k0=(1/36/pi*1e-9);n0=5e24; m=0.067*m0;X0=12.9;c=3e8;Xinf=10.9; e=2.07*e0;kb=1.3807e-23;T=300;bth=1./(kb.*T); E0=linspace(0e6,5e7,4110); omega=1e14;wq=omega;nm=5;n1m=5;Nm=7;N1m=7; d=8e-8;N=20;nD=10^24;a=sqrt(4*pi.*e^2*nD./(X0*m)); ac2=(c.*h1)./(e.*B);wH=e.*B./(c*m); Z=wH*h1/e0;a12=h1/(m.*a); G0=e^4*kb*T*n0.*wH.^2./(4*k0*c*pi^2*ac2*X0^1/2.*wq.^3*h1^2) *(1./Xinf-1./X0)/(m.*wH/(2*pi*h1)); N0=kb*T./hw0;A2=3/16*e^2*E0.^2./(ac2*m^2*wq.^4); A=0; for n=1:nm for n1=1:n1m TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com for N=0:Nm for N1=0:N1m if (Imnn5(m,n,n1)~=0)&(Imnn5(m,n,n1)~=inf); A1=N0*e^2*hw0/(2*h1^2)*(1/Xinf- 1/X0).*Imnn5(m,n,n1).*(n~=n1); t=(h1.*wq-hw0+h1.*wH*(N-N1)+h1.*a*(n-n1))./e0*1e3; if t~=0 s=(1+A2*(N+N1+1)).*(exp(-bth*(h1*a*(n+1/2)+h1*wH*(N+1/2)))-exp(bth*(h1.*a*(n1+1/2)+h1.*wH*(N1+1/2)))).*h1.*sqrt(A1.*abs(N-N1))./(abs(NN1).*(h1.*wq-hw0+h1.*wH*(N-N1)+h1.*a*(n-n1)).^2+h1^2.*A1); else s=0; end A=A+G0.*s.*1./(4*pi).*Imnn5(m,n,n1).*Imnn5(m,n,n1).*(n~=n1); end end end end end figure(1); plot(E0,abs(A),'k','linewidth',1.5);grid on ylabel('Nonlinear absorption coefficient');xlabel('Intensity of EMW (V/m)'); Chương trình tính số phụ thuộc phi tuyến hệ số hấp thụ α vào lượng hai sóng điện từ  trường hợp phonon giam cầm: clc;clear all;close all; e0=1.60219e-19;m0=9.109389e-31;h1=1.05459e-34; TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com X0=12.9;c=3e8;Xinf=10.9;kb=1.3807e-23;hw0=36.25e-3*e0;k0=(1/36/pi*1e-9); m=0.067*m0;e=2.07*e0;n0=5e22;E0=1e7;T=300; omega=linspace(2e13,1e14,460); wq=omega;bth=1./(kb.*T);Z=omega*h1/e0;nm=11;n1m=11;Nm=7;N1m=7; d=8e-8;N1=15;nD=10^24; a=sqrt(4*pi*e^2.*nD./(X0*m));a12=h1/(m.*a); ac2=(c*h1)./(e.*B);wH=e.*B./(c*m); G0=e^4*kb*T*n0.*wH.^2./(4*k0*c*pi^2*ac2*X0^1/2 .*wq.^3*h1^2)*(1./Xinf-1./X0)/(m.*wH/(2*pi*h1)); N0=kb*T./hw0;A2=3/16*e^2*E0.^2./(ac2*m^2*wq.^4); A=0; for n=1:nm for n1=1:n1m for N=0:Nm for N1=0:N1m if(Imnn5(m,n,n1)~=0)&(Imnn5(m,n,n1)~=inf); A1=N0*e^2*hw0/(2*h1^2)*(1/Xinf-1/X0).*Imnn5(m,n,n1).*(n~=n1); t=(h1.*wq-hw0+h1.*wH*(N-N1)+h1.*a*(n-n1))./e0*1e3 if t~=0 s=(1+A2*(N+N1+1)).*(exp(-bth*(h1*a*(n+1/2)+ h1*wH*(N+1/2)))-exp(-bth*(h1.*a*(n1+1/2)+… h1.*wH*(N1+1/2))))*h1.*sqrt(A1.*abs(NN1))./ (abs(N-N1).*(h1.*wq-hw0+h1.*wH*(N-N1)+h1.*a*(n-n1)).^2+h1^2.*A1); else s=0; TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com end A=A+G0.*s.*1./(4*pi).*Imnn5(m,n,n1).*Imnn5(m,n,n1)*(n~=n1); end end end end end figure(1);plot(Z*1e3,abs(A),'k','linewidth',1.5);grid on ylabel('Nonlinear absorption coefficient'); xlabel('Energy of Electromagnetic wave (meV)'); Chương trình tính số phụ thuộc hệ số hấp thụ α vào nhiệt độ T trường hợp phonon giam cầm : clc;clear all;close all; m0=9.109389e-31;h1=1.05459e-34;e0=1.60219e-19; X0=12.9;c=3e8;Xinf=10.9;m=0.067*m0;hw0=36.25e-3*e0;k0=(1/36/pi*1e-9); e=2.07*e0;n0=5e24;d=8e-8;N=15;E0=2e7;T=linspace(10,310,10); B=2.5e8;kb=1.3807e-23;omega=1e13;wq=omega;bth=1./(kb.*T); nm=5;n1m=5;Nm=7;N1m=7;a=sqrt(4*pi.*e^2.*nD./(X0*m)); ac2=(c.*h1)./(e.*B);wH=e.*B./(c*m);a12=h1./(m.*a); G0=e^4*kb.*T*n0.*wH.^2./(4*k0*c*pi^2.*ac2 *X0^1/2.*wq.^3*h1^2)*(1./Xinf-1./X0)./(m.*wH./(2*pi*h1)); N0=kb.*T./hw0;A2=3/16*e^2.*E0.^2./(ac2*m^2*wq.^4);A=0; for n=1:nm for n1=1:n1m TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com for N=0:Nm for N1=0:N1m if(Imnn5(m,n,n1)~=0)&(Imnn5(m,n,n1)~=inf); A1=N0.*e^2.*hw0/(2*h1^2).*(1/Xinf-1/X0).*Imnn5(m,n,n1).*(n~=n1); t=(h1.*wq-hw0+h1.*wH*(N-N1)+h1.*a*(n-n1))./e0*1e3; if t~=0 s=(1+A2*(N+N1+1)).*(exp(-bth.*(h1.*a.*(n+1/2)+h1.*wH.*(N+1/2)))-exp(bth.*(h1.*a.*(n1+1/2)+h1.*wH.*(N1+1/2)))).*h1.*sqrt(A1.*abs(N-N1))./(abs(NN1).*(h1.*wq-hw0+h1.*wH.*(N-N1)+h1.*a.*(n-n1)).^2+h1^2.*A1); else s=0; end A=A+G0.*s.*1./(4*pi).*Imnn5(m,n,n1).*Imnn5(m,n,n1).*(n~=n1); end end end end end figure(1);plot(T,abs(A));grid on ylabel('Nonlinear absorption coefficient');xlabel('T(K)'); Chương trình tính số phụ thuộc hệ số hấp thụ α vào nhiệt độ n clc;clear all;close all; m0=9.109389e-31;h1=1.05459e-34;e0=1.60219e-19; X0=12.9;c=3e8;Xinf=10.9;m=0.067*m0;hw0=36.25e-3*e0;k0=(1/36/pi*1e-9); TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com e=2.07*e0;n0=5e24;d=8e-8;N=15;E0=2e7;T=linspace(10,310,10);nD=10^24; B=2.5e8;kb=1.3807e-23;omega=1e13;wq=omega;bth=1./(kb.*T); nm=5;n1m=5;Nm=7;N1m=7;a=sqrt(4*pi.*e^2.*nD./(X0*m)); ac2=(c.*h1)./(e.*B);wH=e.*B./(c*m);a12=h1./(m.*a); I002=exp(-2.*(N*d)^2./a12).*((N*d)^2./a12).*(1+2/3.*((N*d)^2./a12)).^2; G0=e^4*kb.*T*n0.*wH.^2./(4*k0*c*pi^2.*ac2.*X0^1/2.*wq.^3*h1^2)*(1./Xinf1./X0).*I002./(m.*wH./(2*pi*h1)); N0=kb.*T./hw0;A1=N0.*e^2.*hw0/(2*h1^2).*(1/Xinf-1/X0).*I002; A2=3/16*e^2.*E0.^2./(ac2*m^2*wq.^4);A=0; for n=1:nm for n1=1:n1m for N=0:Nm for N1=0:N1m t=(h1.*wq-hw0+h1.*wH*(N-N1)+h1.*a*(n-n1))./e0*1e3; if t~=0 s=(1+A2*(N+N1+1)).*(exp(-bth.*(h1.*a.*(n+1/2)+h1.*wH.*(N+1/2)))-exp(bth.*(h1.*a.*(n1+1/2)+h1.*wH.*(N1+1/2)))).*h1.*sqrt(A1.*abs(N-N1))./(abs(NN1).*(h1.*wq-hw0+h1.*wH.*(N-N1)+h1.*a.*(n-n1)).^2+h1^2.*A1); else s=0; end A=A+G0.*s; end end end end TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com figure(1);plot(T,abs(A));grid on; ylabel('Nonlinear absorption coefficient');xlabel('n'); TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... Thu Hằng ẢNH HƢỞNG CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH LÊN HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ YẾU BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP CÓ KỂ ĐẾN HIỆU ỨNG GIAM CẦM CỦA PHONON (TRƢỜNG HỢP TÁN XẠ ĐIỆN TỬ -PHONON QUANG)... ảnh hƣởng sóng điện từ mạnh lên hấp thụ phi tuyến sóng điện tử yếu từ điện tử giam cầm bán dẫn thấp chiều Tuy nhiên, siêu mạng pha tạp, ảnh hƣởng trƣờng xạ laze lên hấp thụ sóng điện từ yếu điện. .. ĐỘNG LƢỢNG TỬ VÀ BIỂU THỨC GIẢI TÍCH CỦA HỆ SỐ HẤP THỤ SĨNG ĐIỆN TỪ YẾU BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP DƢỚI ẢNH HƢỞNG SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH CÓ KỂ ĐẾN HIỆU ỨNG GIAM CẦM CỦA PHONON( TRƢỜNG