Nghiên cứu động lực học của hạt tải và các dao động trong một số bán dẫn có cấu trúc nano

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ THỊ NGỌC BẢO NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HẠT TẢI VÀ CÁC DAO ĐỘNG TRONG MỘT SỐ BÁN DẪN CÓ CẤU TRÚC NANO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HUẾ, 2019 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ THỊ NGỌC BẢO NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HẠT TẢI VÀ CÁC DAO ĐỘNG TRONG MỘT SỐ BÁN DẪN CÓ CẤU TRÚC NANO Chuyên ngành : Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học PGS TS Đinh Như Thảo HUẾ, 2019 L˝IC MÌN ” ho n th nh ÷ỉc lu“n ¡n n y, tỉi xin b y tọ lặng bit ỡn sƠu sc nhĐt cụng nhữ sü k‰nh trång cıa m…nh ‚n Thƒy gi¡o PGS TS inh Nhữ ThÊo Thy  trỹc tip hữợng dÔn v nh hữợng cho tổi thỹc hiằn cổng trnh nghiản cứu n y Thy  du dt tổi trản ữớng nghiản cứu khoa hồc, tn tnh hữợng dÔn tổi t ph÷ìng ph¡p l m vi»c câ hi»u qu£, ph÷ìng ph¡p nghi¶n cøu khoa håc, sü nghi¶m tóc khoa håc, n viằc chnh sòa cho tổi tng cƠu vôn, on vôn lun Ăn Bản cnh õ, Thy cặn truyn ⁄t cho tỉi nhœng ki‚n thøc, kÿ n«ng v kinh nghiằm quỵ bĂu cổng viằc cụng nhữ cuc sŁng Lu“n ¡n n y l mºt sü ki»n °c biằt v cõ ỵ nghắa lợn i vợi tổi Trong sỹ kiằn ỵ nghắa õ tổi  nhn ữổc mõn qu trƠn quỵ nhĐt t Thy, õ l sỹ trững th nh hỡn nghiản cứu khoa hồc cụng nhữ cỉng vi»c gi£ng d⁄y cıa tỉi Tỉi cơng xin gòi lới cÊm ỡn chƠn th nh n Thy giĂo TS Lả Quỵ Thổng v Thy giĂo ThS Lả Ngồc Minh Hai ng÷íi Thƒy k‰nh m‚n, khỉng trüc ti‚p hữợng dÔn tổi cổng trnh nghiản cứu n y hai Thy luổn luổn ng viản, khch lằ v gióp ï tỉi cỉng vi»c cơng nh÷ chia s· nim vui mỉi tổi t ữổc kt quÊ mợi Xin trƠn trồng cÊm ỡn Khoa Vt lỵ, Trữớng i hồc Sữ phm, i hồc Hu, tĐt cÊ cĂc Thƒy Cỉ Khoa ¢ gi£ng d⁄y, gióp ï v t⁄o måi i•u ki»n thu“n lỉi suŁt thíi gian tổi hồc v nghiản cứu Xin chƠn th nh cÊm ỡn Phặng o to Sau i hồc, Trữớng i i hồc Sữ phm, i hồc Hu  to mồi i•u ki»n thu“n lỉi cho tỉi vi»c ho n th nh c¡c thı töc h nh ch‰nh suŁt qu¡ tr…nh håc t“p Tỉi xin gßi líi c£m ìn ‚n t§t c£ c¡c Thƒy, c¡c Cỉ, c¡c anh chà em ỗng nghiằp Khoa Vt lỵ, Trữớng i hồc Khoa hồc, i hồc Hu  to mồi iu kiằn thu“n lỉi, gióp ï v ºng vi¶n tỉi suŁt qu¡ tr…nh tỉi håc t“p, nghi¶n cøu v cỉng t¡c Tỉi cơng xin gßi líi c£m ìn ‚n hai b⁄n ỗng mổn Dữỡng nh Phữợc v Trn Thiằn LƠn Hai bn  tổi ngỗi ti nhng quĂn c phả tƠm sỹ v chia sã v nhng khõ khôn quĂ trnh nghiản cứu cụng nhữ nim vui mỉi t ữổc mt kt quÊ mợi Cui tổi xin d nh tĐt cÊ sỹ yảu thữỡng v líi c£m ìn ‚n nhœng th nh vi¶n gia nh CÊm ỡn b mà  luổn giúp ù, to mồi iu kiằn tt nhĐt dƠu v gĂi yản tƠm hồc tp, nghiản cứu khoa hồc CÊm ỡn chỗng  luổn luổn cnh giúp ù, ng viản, ng h vổ ht mnh Mà cÊm ỡn hai Gin, Bin  ngoan ngoÂn v luổn yảu thữỡng mà Mà yảu ba b nhiu lm Tổi xin chƠn th nh cÊm ỡn tĐt cÊ! ii LI CAM OAN Tỉi xin cam oan ¥y l cỉng tr…nh nghi¶n cøu cıa ri¶ng tỉi C¡c k‚t qu£, sŁ li»u, ç n¶u lu“n ¡n l trung thüc v chữa tng ữổc cổng b bĐt ký mt cỉng tr…nh n o kh¡c T¡c gi£ lu“n ¡n L¶ Thà Ngåc B£o iii MƯC LƯC Líi c£m ìn Líi cam oan Möc löc Danh s¡ch c¡c h…nh v‡ Danh s¡ch c¡c b£ng Mð ƒu Ch÷ìng 1.1 TŒng quan v bĂn dÔn cõ cĐu trúc na-nổ 1.2 ChĐm lữổng tß 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 Ph÷ìng ph¡p mỉ phäng Monte Carlo t“p 1.4 TŒng quan ph÷ìng ph¡p h m sâng t¡i chu 1.5 K‚t lu“n ch÷ìng Ch÷ìng 2.1 TŒng quan tnh hnh nghiản cứu iv 2.2 Phữỡng ph¡p gi£i ph÷ìng tr…nh Poisson b thu“t to¡n BiCGstab(l) 2.3 K‚t qu£ mæ phäng v th£o lu“n 2.4 K‚t lu“n ch÷ìng Ch÷ìng Hi»u øng Stark quang hồc ca exciton chĐm lữổng tò 3.1 TŒng quan t…nh h…nh nghi¶n cøu hi»u øn 3.2 Hi»u øng Stark quang håc cıa exciton tro tß h…nh cƒu 3.2.1 3.2.2 Y‚u tŁ ma tr“n cho chuy”n díi quan 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 Hi»u øng Stark quang håc ch§m l÷ỉ 3.3.1 3.3.2 3.4 K‚t lu“n ch÷ìng Ch÷ìng Hi»n tữổng phĂch lữổng tò ca exciton chĐm lữổng tò 4.1 Tng quan tnh hnh nghiản cứu hiằn tữổ 4.2 Hiằn tữổng phĂch lữổng tò ca exciton tr tò hnh cƒu 4.2.1 4.2.2 v 4.2.3 4.2.4 4.3 Hi»n t÷ỉng phĂch lữổng tò ca exciton chĐm lữổng tò hnh ellip 4.3.1 4.3.2 4.4 K‚t lu“n ch÷ìng K‚t lu“n Danh möc c¡c b i bĂo  cổng b liản quan n lun Ăn T i li»u tham kh£o Phö löc vi DANHS CHC CHNHV 1.1 Minh håa chĐm lữổng tò hnh ellip dng thuÔn (hnh a) v chĐm lữổng tò hnh ellip dng dàt (hnh b) 21 1.2 Lữu ỗ mổ phäng Monte Carlo t“p hỉp tü hỉp ba chi•u [74] 30 1.3 Lữổc ỗ ng lüc håc h⁄t t£i theo thíi gian ph÷ìng ph¡p Monte Carlo hổp CĂc ữớng nt lin nm ngang ch¿ quÿ ⁄o chuy”n ºng theo thíi gian cıa mØi h⁄t C¡c ÷íng n†t øt dåc ch¿ thíi im tnh toĂn DĐu trản cĂc ữớng nt lin ch thíi i”m x£y sü ki»n t¡n x⁄ [74] 1.4 GiÊn ỗ chồn lỹa mt cỡ ch tĂn x [74] 1.5 Sỡ ỗ mỉ h…nh h» ba møc Trong â k‰ hi» n«ng lữổng ca lỉ trng; E1; E2 l cĂc mức nô iằn tò; !p l dặ v ! l hiằu hai mức nông lữổng lữổng tò hõa ca 2.1 Thut toĂn BiCGstab(l) [66] 2.2 Mæ h…nh i-Łt p-i-n GaAs [12] vii 2.3 V“n tŁc trỉi d⁄t cıa i»n tß theo c¡c ph÷ìng kh¡c v v“n tŁc trỉi d⁄t to n phn nhữ l h m ca thới gian ứng vợi i»n tr÷íng ngo i Eex = 100 kV/cm 49 2.4 V“n tŁc træi d⁄t to n phƒn cıa i»n tß theo thíi gian ứng vợi iằn trữớng ngo i Eex = 70 kV/cm, Eex = 100 kV/cm v Eex = 130 kV/cm 50 2.5 V“n tŁc træi d⁄t to n phƒn cıa i»n tò theo thới gian thu ữổc sò dửng thut toĂn BiCGstab(5) v BiCGstab [6] ứng vợi iằn trữớng ngo i Eex = 100 kV/cm 50 2.6 Ph¥n bŁ i»n th‚ i-Łt p-i-n b¡n dÔn GaAs ứng vợi iằn trữớng ngo i Eex = 100 kV/cm: a) Trong khỉng gian t⁄i c¡c i”m nót tr¶n m°t c›t z = 10 nm b) Dåc theo trưc Ox, y = z = 10 nm ch÷ìng tr…nh mỉ phäng câ sß dưng thu“t to¡n BiCGstab(5) v BiCGstab 51 2.7 So s¡nh chu'n Euclide cıa vectì th°ng d÷ tr÷íng hỉp ch÷ìng tr…nh Poisson dòng thu“t to¡n BiCGstab(l) v thu“t to¡n BiCGstab 52 2.8 ỗ th biu din lợn ca cĂc th nh phƒn cıa vectì th°ng d÷ cıa ch÷ìng tr…nh Poisson hai tr÷íng hỉp dòng thu“t to¡n BiCGstab(l) v thu“t to¡n BiCGstab 53 2.9 Thíi gian trung b…nh trản mt ln giÊi phữỡng trnh Poisson theo thut toĂn BiCGstab v BiCGstab(l) vỵi l = 1; 10 55 viii P.9 â suy (P.53) hay (P.54) Gi£i ph÷ìng tr…nh (P.54) ta câ ph÷ìng tr…nh °c tr÷ng + (i !) + Ta câ = (i !) =i n¶n suy Do â ta câ = i ! + i! 22~2 + jV12j 2 j ~2 V12 (P.56) (P.57) P.10 (P.58) v = (P.59) = i 2: ; i t : : (P.60) V“y ph÷ìng tr…nh (P.40) câ nghi»m i 1t c2 (t) = a2e Tł (P.54) v (P.60) ta + b 2e ÷ỉc h» ph÷ìng tr…nh >c1 (t) = a1e i t i t + b1e ; < : B¥y gií ta t…m c¡c h» sŁ a1, b1, a2, b2 Ta câ 8c1 (0) = > dc1 (0) < > : ,> < b1 = a i ( 2b > : , > < b1 = a (P.63) (P.61) (P.64) (P.62) (P.65) P.11 8a1 , =2 R > > > : V“y c1 (t) = T÷ìng tü tł ph÷ìng tr…nh (P.40) ta suy h» ph÷ìng tr…nh nh÷ sau 8c1 (0) = > dc2 (0) < dt > : , 8a2 = > ÷ỉc i•u ki»n thø hai cıa : > : Suy V 21 c2 (t) = 2~ R V“y tł (P.67) v (P.71) ta t…m ÷ỉc c¡c h» sŁ c1 (t), c2 (t) vỵi bi”u thøc nh÷ sau c (t) = R > > < > c2 (t) = > : P.12 P5 Chøng minh bi”u thøc (3.45) 2~ Ta câ th” vit li biu thức (P.73) dữợi dng (P.73) T mix;0 = i t e + 2e E (~r) e D + huc (~r) juv (~r)i 100 m0i!tt = qA D qAtpcv uc (~r) ~np~ uv (~r) = m0i!t (P.74) P.13 P6 Chøng minh bi”u thøc (3.55) (p-e) B¥y gií ta V (p-e) 21 i t‰nh V21 qA = = p D m0i!p qAp m0i!p = nh÷ sau Ta câ D uc (~r) qAp nD m0i!p u e(p-e) 110 (~r) uc (~r) (~r) c + h uc (~r) j i E (~r) : M°t kh¡c ta câ Thay ph÷ìng tr…nh (P.76) v o ph÷ìng tr…nh (P.75) ta câ V = 21 (p-e) = = =m0i!p â : m e(p E -e) 100 (~r) ; (P.78) (P.77) P.14 Ta câ > > > e(p-e) (1) > 11010101010 (~r) = J (1) (h; ) S (1) (h; ) ei0’ = J (1) (h; ) S (h; ) ; > < e(p-e) 100 (~r) > dV = f3 2 (1) (1) i0’ (1) (1) = J00 (h; ) S00 (h; ) e = J00 (h; ) S00 (h; ) ; (P.79) d d d’: > > > > : Chån vectì ph¥n cüc dåc theo trưc z ta câ ~ ~n = k: Thay ph÷ìng tr…nh (P.79) v (P.80) ph÷ìng tr…nh (P.80) v o ph÷ìng tr…nh (P.77) ta ÷ỉc (p-e) V = 21 D = = m0i! p J00 (1) (h; ) S00 (1) (h; ) d d = m0 1 J00 (1) (h; ) S00 (1) (h; ) d d : P.15 V“y ta câ bi”u thøc cıa V21 (p-e) ÷ỉc x¡c ành nh÷ sau V (p-e) = 21 J00 (1) (h; ) S00 (1) (h; ) d d : P7 Chøng minh bi”u thøc (4.10) v (4.19) Ta câ E2 + + E1 =E2+~ ~1 = E2 R = E2 = E2 = E2 (P.83) !21) ~!2 + ~!1 = ~!p: Chøng minh t÷ìng tü ta câ E2 E1 = ~!p: Tł â ta suy bi”u thøc cƒn chøng minh Chøng minh ho n to n (P.84) : (P.86) (P.85) P.16 P8 Chøng minh bi”u thøc (4.20) Tł bi”u thøc (4.17) ta câ Do â ta suy + 10 (P.87) T÷ìng tü ta câ + 20 (P.88) Tł (P.87) v (P.88) ta câ bi”u thøc cƒn ph£i chøng minh (P.89) P.17 P9 Chøng minh bi”u thøc (4.34) Ta câ Tmix Ex (P.90) (P.91) Tł â ta câ e 100 (~r) h 100 (~r) j0 : P.18 ...ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ THỊ NGỌC BẢO NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HẠT TẢI VÀ CÁC DAO ĐỘNG TRONG MỘT SỐ BÁN DẪN CÓ CẤU TRÚC NANO Chuyên ngành : Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số LUẬN... quan tƠm nghiản cứu vợi i tữổng nghiản cứu l bĂn dÔn cõ cĐu trúc na-nổ-mt [2, 4, 8, 10] CĐu trúc na-nổ bĂn dÔn l cĐu trúc bĂn dÔn m k‰ch cï mØi chi•u cıa nâ v o cï na-nỉ-m†t CĐu trúc n y cõ rĐt... nghiản cứu v vai trặ ca cĂc dao ng chúng l nhƠn tŁ quy‚t ành c¡c t‰nh ch§t i»n v quang cıa cĂc linh kiằn iằn tò tữỡng ứng [40]  cõ rĐt nhiu cổng trnh nghiản cứu v cĂc dao ng tỗn ti mt s cĐu trúc