Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam giữ phonon lên một số hiệu ứng cộng hưởng do tương tác của electron phonon trong giếng lượng tử (tt)

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐÌNH HIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN MỘT SỐ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG DO TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON-PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ Demo Version - Select.Pdf SDK LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HUẾ - NĂM 2018 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐÌNH HIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN MỘT SỐ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG DO TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON-PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ Demo Version - Select.Pdf SDK Vật lý toán Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết Mã số : 62 44 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: GS.TS TRẦN CƠNG PHONG PGS.TS LÊ ĐÌNH HUẾ - NĂM 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Demo Version - Select.Pdf SDK Huế, tháng 04 năm 2018 Tác giả luận án Nguyễn Đình Hiên ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến GS.TS Trần Cơng Phong PGS.TS Lê Đình, người thầy tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp ý kiến quý báu cho tác giả suốt trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Vật lý Phòng Đào tạo Sau Đại học-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế; Ban đào tạo Sau Đại học, Ban Giám đốc Đại học Huế tạo điều kiện tốt cho tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin cảm ơn PGS.TS Trương Minh Đức quý Thầy, Cô thuộc Tổ môn Vật lý lý thuyết-Khoa Vật lý-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế đóng góp ý kiến cho luận án Chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Dự bị đại học dân tộc trung ương Demo Select.Pdf SDK Nha Trang tạo mọiVersion điều kiện-thuận lợi thời gian hỗ trợ phần kinh phí cho tác giả thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn động viên, chia sẻ bạn bè, đồng nghiệp người thân qúa trình hồn thiện luận án Luận án hoàn thành Tổ môn Vật lý lý thuyết-Khoa Vật lý-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế Tác giả luận án iii MỤC LỤC Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục Danh sách bảng Danh sách hình vẽ 15 MỞ ĐẦU 16 NỘI DUNG 24 Chương MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ SỞ Demo Version - Select.Pdf SDK 1.1 Giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn 24 24 1.1.1 Hàm sóng phổ lượng electron giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn khơng có từ trường 24 1.1.2 Hàm sóng phổ lượng electron giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn có từ trường 25 1.2 Giếng lượng tử parabol 26 1.2.1 Hàm sóng phổ lượng electron giếng lượng tử parabol khơng có từ trường 26 1.2.2 Hàm sóng phổ lượng electron giếng lượng tử parabol có từ trường 27 1.3 Tương tác electron-phonon quang khối giếng lượng tử tác dụng trường 27 1.3.1 Đối với giếng lượng tử vng góc sâu vô hạn 30 1.3.2 Đối với giếng lượng tử parabol 30 1.4 Tương tác electron-phonon quang giam giữ giếng lượng tử tác dụng trường 31 1.4.1 Đối với giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn 32 1.4.2 Đối với giếng lượng tử parabol 32 1.5 Phương pháp chiếu toán tử 33 1.6 Biểu thức tenxơ độ dẫn khơng có từ trường 35 1.6.1 Biểu thức độ dẫn tuyến tính 42 1.6.2 Biểu thức hàm suy giảm tuyến tính 45 1.6.3 Biểu thức tốc độ hồi phục tuyến tính Demo Version - Select.Pdf SDK 1.6.4 Biểu thức độ dẫn phi tuyến 47 1.6.5 Biểu thức hàm suy giảm phi tuyến 56 1.6.6 Biểu thức tốc độ hồi phục phi tuyến 57 1.7 Biểu thức tenxơ độ dẫn có từ trường 60 1.7.1 Biểu thức tenxơ độ dẫn 60 1.7.2 Biểu thức hàm suy giảm 60 1.7.3 Biểu thức tốc độ hồi phục 62 1.8 Độ rộng vạch phổ hấp thụ 62 48 Chương ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG ELECTRON PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ 64 2.1 Giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn 64 2.1.1 Công suất hấp thụ tuyến tính 64 2.1.2 Độ rộng vạch phổ đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon tuyến tính 68 2.1.3 Công suất hấp thụ phi tuyến 76 2.1.4 Độ rộng vạch phổ đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon thành phần phi tuyến 84 2.2 Giếng lượng tử parabol 87 2.2.1 Cơng suất hấp thụ tuyến tính 87 2.2.2 Độ rộng vạch phổ đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon tuyến tính 90 2.2.3 Công suất hấp thụ phi tuyến 96 2.2.4 Độ rộng vạch phổ đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon thành phần phi tuyến 101 Demo Version - Select.Pdf SDK 2.3 Kết luận chương 105 Chương ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG TỪ-PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ 107 3.1 Giếng lượng tử vuông góc sâu vơ hạn 107 3.1.1 Biểu thức công suất hấp thụ 107 3.1.2 Độ rộng vạch phổ đỉnh dò tìm cộng hưởng từ-phonon 112 3.2 Giếng lượng tử parabol 118 3.2.1 Biểu thức công suất hấp thụ 118 3.2.2 Độ rộng vạch phổ đỉnh dò tìm cộng hưởng từ-phonon 122 3.3 Kết luận chương 128 Chương ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG CYCLOTRON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ 130 4.1 Độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng cyclotron giếng lượng tử vuông góc sâu vơ hạn 130 4.2 Độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng cyclotron giếng lượng tử parabol 137 4.3 Kết luận chương 144 KẾT LUẬN 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 PHỤ LỤC P.1 Demo Version - Select.Pdf SDK DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt SQW Square quantum well Giếng lượng tử vng góc PQW Parabolic quantum well Giếng lượng tử parabol EPR Electron-phonon resonance Cộng hưởng electron-phonon MPR Magneto-phonon resonance Cộng hưởng từ-phonon CR Cyclotron resonance Cộng hưởng cyclotron ODEPR Optically detected Cộng hưởng electron-phonon electron-phonon resonance dò tìm quang học Optically detected Cộng hưởng từ-phonon ODMPR magneto-phonon resonance dò tìm quang học LW linewidth Độ rộng vạch phổ Demo Version - Select.Pdf SDK Độ rộng vạch phổ đỉnh ODEPRLW ODEPR linewidth ODEPR ODMPRLW ODMPR linewidth Độ rộng vạch phổ đỉnh ODMPR CRLW CR linewidth Độ rộng vạch phổ đỉnh CR DANH MỤC MỘT SỐ KÍ HIỆU Kí hiệu Đại lượng tương ứng Lz Bề rộng giếng lượng tử theo phương z V0 Thể tích hệ m0 Khối lượng tĩnh electron m∗ Khối lượng hiệu dụng electron ϵ0 Hằng số điện môi χ0 Hằng số điện môi tĩnh χ∞ Hằng số điện môi cao tần n Chỉ số lượng tử electron m Chỉ số lượng tử phonon giam giữ N Chỉ số mức Landau ωc ac Tần số cyclotron Demo Version Select.Pdf SDK Bán- kính cyclotron B Từ trường E0 Biên độ điện trường ω Năng lượng photon tới ωLO Năng lượng phonon quang dọc m,q⊥ ωLO Năng lượng phonon quang dọc giam giữ B0 (ω) Phần ảo hàm suy giảm tuyến tính P0 (ω) Cơng suất hấp thụ tuyến tính P1 (ω) Thành phần công suất hấp thụ phi tuyến B1,2 (2ω) Phần ảo hàm suy giảm phi tính PN Ln (ω) Công suất hấp thụ phi tuyến ODEP RLWSQW LW đỉnh ODEPR tuyến tính SQW DANH SÁCH HÌNH VẼ 1.1 Sơ đồ chuyển mức electron trạng thái trung gian η trạng thái α β 1.2 Cách xác định độ rộng vạch phổ từ phụ thuộc công suất hấp thụ vào lượng photon 2.1 46 63 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ tuyến tính PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, Lz = 12 nm b) Sự phụ thuộc ODEP R công suất hấp thụ tuyến tính PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW đỉnh ODEPR (đỉnh 2.2 hình 2.1a)) 70 Demo Version - Select.Pdf SDK ODEP R a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ tuyến tính PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW đỉnh ODEPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K (đường gạch gạch) T = 300 K (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODEPR vào T : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, Lz = 12 nm 2.3 73 ODEP R ( ω) a) Sự phụ thuộc cơng suất hấp thụ tuyến tính PSQW vào lượng photon ω SQW đỉnh ODEPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác Lz : Lz = 12 nm (đường nét liền), Lz = 13 nm (đường gạch gạch) Lz = 14 nm (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phỏ đỉnh ODEPR vào Lz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K 2.4 74 N ln a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ phi tuyến PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, Lz = 12 nm b) Sự phụ thuộc thành phần công suất hấp thụ phi tuyến P1ODEP R−SQW ( ω) vào lượng photon ω SQW đỉnh ODEPR phi tuyến (đỉnh 2d hình 2.4a)) 2.5 85 Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODEPR thành phần phi tuyến vào Lz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, Demo Version - Select.Pdf SDK T = 300 K 2.6 87 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ tuyến tính PP QW ( ω) vào lượng photon ω PQW mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, ωz = 0.5ωLO b) Sự phụ thuộc R ( ω) vào công suất hấp thụ tuyến tính PPODEP QW lượng photon ω PQW đỉnh ODEPR (đỉnh hình 2.6a)) 2.7 92 R ( ω) a) Sự phụ thuộc cơng suất hấp thụ tuyến tính PPODEP QW vào lượng photon ω PQW đỉnh ODEPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K (đường gạch gạch) T = 300 K (đường chấm 10 chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODEPR vào T : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, ωz = 0.5ωLO 2.8 93 R ( ω) a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ tuyến tính PPODEP QW vào lượng photon ω PQW đỉnh ODEPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác ωz : ωz = 0.5ωLO (đường nét liền), ωz = 0.6ωLO (đường gạch gạch), ωz = 0.7ωLO (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODEPR vào ωz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K 2.9 95 ln a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ phi tuyến PPNQW ( ω) vào lượng photon ω PQW mơ hình Demo Version - Select.Pdf SDK phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, ωz = 0.5ωLO b) Sự phụ thuộc thành phần công suất hấp thụ phi tuyến P1ODEP R−P QW ( ω) vào lượng photon ω PQW đỉnh ODEPR phi tuyến (đỉnh 2c hình 2.9a)) 102 2.10 Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODEPR thành phần phi tuyến vào ωz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K 104 3.1 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, Lz = 12 nm, B = 20.97 T b) Sự 11 ODM P R phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW đỉnh ODMPR (đỉnh hình 3.1a)) 114 3.2 ODM P R ( ω) vào a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW lượng photon ω SQW đỉnh ODMPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K (đường gạch gạch) T = 300 K (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODMPR vào T : mô hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, Lz = 12 nm B = 20.97 T.116 3.3 ODM P R a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW đỉnh ODMPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá Demo Version - Select.Pdf SDK trị khác Lz : Lz = 12 nm (đường nét liền), Lz = 13 nm (đường gạch gạch) Lz = 14 nm (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODMPR vào Lz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K B = 20.97 T 117 3.4 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PP QW ( ω) vào lượng photon ω PQW mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, ωz = 0.5ωLO , B = 20.97 T b) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PP QW ( ω) vào lượng photon ω PQW đỉnh ODMPR (đỉnh hình 3.4a)) 124 12 3.5 PR a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PPODM ( ω) vào QW lượng photon ω PQW đỉnh ODMPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K (đường gạch gạch) T = 300 K (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODMPR vào T : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, ωz = 0.5ωLO B = 20.97 T.126 3.6 PR a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PPODM ( ω) vào QW lượng photon ω PQW đỉnh ODMPR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác ωz : ωz = 0.5ωLO (đường nét liền), ωz = 0.6ωLO (đường gạch gạch), ωz = 0.7ωLO (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh Demo Version - Select.Pdf SDK ODMPR vào ωz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K B = 20.97 T 127 4.1 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, Lz = 12 nm, B = 10 T b) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW đỉnh CR (đỉnh hình 4.1 a)) 131 4.2 CR ( ω) vào a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW lượng photon ω SQW đỉnh CR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị 13 khác T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K (đường gạch gạch) T = 300 K (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh CR vào T : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, Lz = 12 nm, B = 10 T 133 4.3 CR a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW ( ω) vào lượng photon ω SQW đỉnh CR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác Lz : Lz = 12 nm (đường nét liền), Lz = 13 nm (đường gạch gạch) Lz = 14 nm (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh CR vào Lz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K B = 10 T 134 4.4 CR a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PSQW ( ω) vào Demo Version - Select.Pdf SDK lượng photon ω SQW đỉnh CR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác từ trường B: B = 10 T (đường nét liền), B = 11 T (đường gạch gạch) B = 12 T (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh CR vào B: mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K Lz = 12 nm 136 4.5 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PP QW ( ω) vào lượng photon ω PQW mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) T = 300 K, ωz = 0.5ωLO , B = 10 T b) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PP QW ( ω) vào lượng 14 photon ω PQW đỉnh CR (đỉnh hình 4.5a)).138 4.6 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PPCR QW ( ω) vào lượng photon ω PQW đỉnh CR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K (đường gạch gạch) T = 300 K (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh CR vào T : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, ωz = 0.5ωLO , B = 10 T 140 4.7 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PPCR QW ( ω) vào lượng photon ω PQW đỉnh CR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác ωz : ωz = 0.5ωLO (đường nét liền), ωz = 0.6ωLO (đường gạch gạch) ωz = 0.7ωLO (đường chấm chấm) Demo Version - Select.Pdf SDK b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh CR vào ωz : mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K, B = 10 T 141 4.8 a) Sự phụ thuộc công suất hấp thụ PPCR QW ( ω) vào lượng photon ω PQW đỉnh CR mơ hình phonon khối phonon giam giữ giá trị khác từ trường B: B = 10 T (đường nét liền), B = 11 T (đường gạch gạch) B = 12 T (đường chấm chấm) b) Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh CR vào từ trường B: mơ hình phonon khối (đường nét liền) phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K, ωz = 0.5ωLO 142 15 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khoa học Công nghệ nano ngành khoa học công nghệ mới, có nhiều triển vọng dự đốn tác động mạnh mẽ đến tất lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật đời sống - kinh tế xã hội kỉ 21 Đây lĩnh vực mang tính liên ngành cao, bao gồm vật lí, hóa học, y dược - sinh học, cơng nghệ điện tử tin học, công nghệ môi trường nhiều công nghệ khác Theo trung tâm đánh giá công nghệ giới (World Technology Evaluation Centre), tương lai khơng có ngành cơng nghiệp mà khơng ứng dụng công nghệ nano Khoa học Công nghệ nano định nghĩa khoa học công nghệ nhằm tạo nghiên cứu vật liệu, cấu trúc linh Demo Version - Select.Pdf SDK kiện có kích thước khoảng từ 0.1 đến 100 nm, với nhiều tính chất khác biệt so với vật liệu khối Thật vậy, nhà nghiên cứu kích thước chất bán dẫn giảm xuống cách đáng kể theo chiều, chiều, chiều tính chất vật lý như: tính chất cơ, nhiệt, điện, từ, quang thay đổi cách đột ngột Chính điều làm cho cấu trúc nano trở thành đối tượng nghiên cứu bản, nghiên cứu ứng dụng Các tính chất cấu trúc nano thay đổi cách điều chỉnh hình dạng kích thước cỡ nanomet chúng Khi kích thước vật rắn theo phương (chẳng hạn phương z) giảm xuống vào cỡ nanomet (nghĩa bậc độ lớn với bước sóng de Broglie hạt tải điện) electron chuyển động hoàn toàn tự mặt phẳng (x, y), chuyển 16 động chúng theo phương z bị giới hạn Hệ electron gọi hệ electron chuẩn hai chiều chất bán dẫn gọi bán dẫn chuẩn chiều Nếu kích thước vật rắn theo phương y giảm xuống vào cỡ vài nanomet, electron chuyển động tự theo phương x, chuyển động chúng theo phương z y bị lượng tử hóa Hệ electron gọi hệ electron chuẩn chiều chất bán dẫn gọi bán dẫn chuẩn chiều hay dây lượng tử Tương tự, kích thước vật rắn theo phương đồng thời giảm xuống vào cỡ vài nanomet chuyển động electron theo phương (x, y, z) bị giới hạn hay nói cách khác electron bị giam giữ theo chiều, hệ gọi chấm lượng tử Những vật liệu có cấu trúc gọi vật liệu thấp chiều hay bán dẫn chuẩn thấp chiều Cấu trúc có nhiều tính chất lạ so với cấu trúc thông thường, tính chất quang tính chất điện Demo Version - Select.Pdf SDK Việc chuyển từ hệ electron chiều sang hệ electron chuẩn thấp chiều làm thay đổi đáng kể mặt định tính định lượng nhiều tính chất vật lý có tính chất quang, điện vật liệu; đồng thời làm xuất thêm nhiều đặc tính ưu việt mà hệ electron chiều khơng có Sự giam giữ electron cấu trúc thấp chiều làm cho phản ứng hệ trường xảy khác biệt so với hệ electron chiều Các vật liệu bán dẫn với cấu trúc tạo linh kiện, thiết bị dựa ngun tắc hồn tồn mới, từ hình thành nên cơng nghệ đại có tính cách mạng khoa học, kỹ thuật nói chung lĩnh vực quang-điện tử nói riêng Đó lý bán dẫn có cấu trúc thấp chiều, có cấu trúc chuẩn hai chiều đã, nhiều nhà vật lý quan tâm nghiên cứu 17 Cộng hưởng electron-phonon (EPR) xảy chất bán dẫn tác dụng điện trường hiệu hai mức lượng electron lượng phonon Nếu trình hấp thụ photon kèm theo hấp thụ phát xạ phonon ta có hiệu ứng cộng hưởng electronphonon dò tìm quang học (ODEPR) Việc nghiên cứu hiệu ứng EPR/ODEPR thiết bị lượng tử đại đóng vai trò quan trọng việc hiểu biết tính chất chuyển tải lượng tử hạt tải điện bán dẫn Hiệu ứng giếng lượng tử quan tâm nghiên cứu lý thuyết [29, 27] lẫn thực nghiệm [46] với giả thiết phonon phonon khối Cộng hưởng từ-phonon (MPR) tán xạ cộng hưởng electron gây hấp thụ hay phát xạ phonon khoảng cách hai mức Landau lượng phonon quang dọc Hiệu ứng nhà khoa học quan tâm cơng cụ phổ mạnh Demo Version - Select.Pdf SDK để khảo sát tính chất cấu hồi phục hạt tải, tắt dần dao động, đo khối lượng hiệu dụng, xác định khoảng cách mức lượng kề chất bán dẫn Hiện tượng MPR quan sát trực tiếp thơng qua việc dò tìm cộng hưởng từ-phonon quang học (ODMPR) Hiệu ứng giếng lượng tử quan tâm nghiên cứu lý thuyết [18, 36, 32] lẫn thực nghiệm [11] xét phonon khối Cộng hưởng cyclotron (CR) xảy bán dẫn có mặt điện trường từ trường, đồng thời tần số điện trường (tần số photon) tần số cyclotron hay nói cách khác lượng photon lượng cyclotron Điều kiện đặc trưng tượng phụ thuộc vào nhiệt độ, cường độ từ trường tính chất chế tán xạ hạt tải Vì vậy, hiệu ứng cho phép thu thập nhiều thơng tin 18 hữu ích hạt tải phonon Hiệu ứng CR quan tâm nghiên cứu lý thuyết [22] lẫn thực nghiệm [30] bán dẫn khối, giếng lượng tử [43, 45] mặt lý thuyết [20] thực nghiệm với giả thiết phonon phonon khối Việc nghiên cứu hiệu ứng EPR/ODEPR, MPR/ODMPR, CR hệ electron chuẩn hai chiều nhà khoa học quan tâm Sở dĩ bán dẫn có độ khiết cao tương tác electron-phonon loại tương tác chủ yếu Nó góp phần làm sáng tỏ tính chất khí electron hai chiều tác dụng trường ngồi, từ cung cấp thơng tin tinh thể tính chất quang hệ electron chuẩn hai chiều cho công nghệ chế tạo linh kiện quang điện tử quang tử Ngày nay, bán dẫn thấp chiều nói chung giếng lượng tử nói riêng, nhà vật lý thường quan tâm đến việc nghiên cứu nhằm Demo Version - Select.Pdf SDK phát thêm hiệu ứng mà chưa sâu nghiên cứu để tìm thêm đặc tính hiệu ứng quen thuộc tương tác electronphonon gây tác dụng trường cao tần hiệu ứng EPR, MPR CR xét đến phonon giam giữ Bên cạnh hệ electron bị giam giữ giam giữ phonon chắn làm gia tăng tốc độ tán xạ electron-phonon, từ làm xuất thêm đặc tính thú vị Vì vậy, tốn EPR/ODEPR, MPR/ODMPR, CR tính đến phonon bị giam giữ giếng lượng tử bỏ ngỏ, chưa nghiên cứu nhiều Chính vậy, “Nghiên cứu ảnh hưởng giam giữ phonon lên số hiệu ứng cộng hưởng tương tác electronphonon giếng lượng tử ” cần thiết 19 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận án nghiên cứu ảnh hưởng giam giữ phonon lên hiệu ứng cộng hưởng electron-phonon, cộng hưởng từ-phonon cộng hưởng cyclotron hai loại giếng lượng tử (giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn giếng lượng tử parabol) tác dụng trường Nội dung nghiên cứu Tính cơng suất hấp thụ hai loại giếng lượng tử nói tác dụng điện trường tác dụng điện trường từ trường hai trường hợp phonon không giam giữ phonon giam giữ Khảo sát phụ thuộc độ rộng vạch phổ đỉnh ODEPR, Demo Version - Select.Pdf SDK ODMPR, CR vào nhiệt độ thơng số giếng tính đến khơng giam giữ giam giữ phonon So sánh kết vừa thu độ rộng vạch phổ đỉnh nêu hai trường hợp phonon không giam giữ phonon giam giữ để đánh giá ảnh hưởng giam giữ phonon Phương pháp nghiên cứu Đã có nhiều phương pháp khác đề xuất để nghiên cứu tính chất electron bán dẫn thấp chiều phương pháp gần tích phân đường Feynmann, mô Monte-Carlo, hàm Green, phương trình động lượng tử, chiếu tốn tử, Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng, nên việc sử dụng phương pháp ưu việt đánh giá tùy vào tốn 20 cụ thể Với tốn tìm độ dẫn công suất hấp thụ, sử dụng phương pháp lý thuyết trường lượng tử cho hệ nhiều hạt vật lý thống kê, tập trung nhiều vào phương pháp chiếu toán tử Phương pháp cho phép đưa biểu thức tường minh độ dẫn cơng suất hấp thụ, chứa thơng tin mơ hình tương tác tính tốn giải tích đến mức độ cần thiết Với toán xác định độ rộng vạch phổ, sử dụng “phương pháp profile” Đây phương pháp tính số cho phép xác định độ rộng vạch phổ từ đồ thị mô tả phụ thuộc công suất hấp thụ vào lượng photon thông qua xác định profile đường cong với hỗ trợ phần mềm tính tốn Mathematica Phương pháp chiếu tốn tử nhiều tác giả nước sử dụng có hiệu vào nghiên cứu tính chất quang tính chất chuyển tải bán dẫn Phương pháp có ưu điểm Demo Version - Select.Pdf SDK kết giải tích có chứa hàm phân bố electron, phonon nên tác dụng điện trường từ trường trình dịch chuyển electron hấp thụ phát xạ photon kèm theo hấp thụ phát xạ phonon thể cách trực quan Phương pháp profile nhóm tác giả Trần Công Phong, Huỳnh Vĩnh Phúc cộng phát triển từ gợi ý Cho Y J cộng [15], thu độ rộng vạch phổ với độ xác cao cơng nhận nhiều cơng trình, chẳng hạn cơng trình [37, 39] Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng giam giữ phonon lên cộng hưởng electron-phonon, cộng hưởng từ-phonon, cộng hưởng 21 cyclotron giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn parabol với giả thiết tương tác electron-phonon tương tác chủ yếu hệ xét phonon quang dọc Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Nội dung luận án nghiên cứu ảnh hưởng giam giữ phonon lên số hiệu ứng cộng hưởng tương tác electron-phonon giếng lượng tử tác dụng trường Kết tính số vẽ đồ thị giải thích so sánh với kết lý thuyết cơng trình khác kết thực nghiệm cơng bố, từ khẳng định tính đắn kết nghiên cứu Kết luận án cung cấp thêm thơng tin hữu ích tính chất vật lý hệ electron bán dẫn giếng lượng Version - Select.Pdf SDK tử xét Demo đến phonon giam giữ tác dụng trường ngồi, nhằm đóng góp phần nhỏ vào phát triển khoa học vật liệu bán dẫn thấp chiều công nghệ chế tạo linh kiện điện tử quang điện tử Ngoài ra, kết thu luận án góp phần khẳng định tính đắn phương pháp chiếu tốn tử phương pháp profile việc nghiên cứu trình chuyển tải lượng tử bán dẫn thấp chiều nói chung giếng lượng tử nói riêng Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, phụ lục tài liệu tham khảo, nội dung luận án gồm 04 chương, 17 mục, 02 hình vẽ, 26 đồ thị, 16 bảng, bố trí thành 04 chương, đó: 22 Chương 1, trình bày hàm sóng phổ lượng electron giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn parabol khơng có có từ trường, tương tác electron với phonon khối phonon giam giữ tác dụng trường ngồi, phương pháp chiếu tốn tử, biểu thức tenxơ độ dẫn tuyến tính phi tuyến khơng có từ trường, biểu thức tenxơ độ dẫn tuyến tính có từ trường, độ rộng vạch phổ hấp thụ Trong chương 2, trình bày ảnh hưởng giam giữ phonon lên hiệu ứng cộng hưởng electron-phonon giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn parabol hai trường hợp tuyến tính phi tuyến Tiếp theo, chương 3, trình bày ảnh hưởng giam giữ phonon lên hiệu ứng cộng hưởng từ-phonon giếng lượng tử vng góc sâu vô hạn parabol Cuối cùng, chương 4, trình bày ảnh hưởng giam giữ phonon lên hiệu ứng cộng hưởng cyclotron giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn parabol Demo Version - Select.Pdf SDK Các kết nghiên cứu luận án báo cáo Hội nghị Vật lý lý thuyết toàn quốc Hội thảo quốc tế lần thứ 39 (Buôn Ma Thuột, 2014), 40 (Đà Lạt, 2015), 41 (Nha Trang, 2016) 42 (Cần Thơ, 2017); đồng thời công bố 05 báo Trong có 02 thuộc danh mục tạp chí ISI (một đăng tạp chí Physica E năm 2015, đăng tạp chí Superlattices and Microstructures năm 2016), 01 đăng tạp chí Đại học Huế năm 2017, 02 lại đăng tạp chí Journal of Physics: Conference Series năm 2016 2017 23 ... tính đến phonon bị giam giữ giếng lượng tử bỏ ngỏ, chưa nghiên cứu nhiều Chính vậy, Nghiên cứu ảnh hưởng giam giữ phonon lên số hiệu ứng cộng hưởng tương tác electronphonon giếng lượng tử ” cần... tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận án nghiên cứu ảnh hưởng giam giữ phonon lên hiệu ứng cộng hưởng electron -phonon, cộng hưởng từ -phonon cộng hưởng cyclotron hai loại giếng lượng tử (giếng lượng tử. .. ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐÌNH HIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN MỘT SỐ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG DO TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON -PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ Demo Version - Select.Pdf SDK