Hiệu ứng hall lượng tử trong dây lượng tử hình trụ

Hiệu ứng Hall lượng tử dây lượng tử hình trụ Nguyễn Đức Lương Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết Vật lý toán Mã số 60 44 01 03 Người hướng dẫn: GS TS Nguyễn Quang Báu Năm bảo vệ: 2014 Keywords Vật lý; Vật lý toán; Hiệu ứng Hall; Lượng tử; Dây lượng tử Content MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khi chuyển nghiên cứu tính chất nói chung hoạt động nói riêng từ hệ chiều [1-5] sang hệ thấp chiều [6-8] tính chất vật lý có thay đổi định lượng định tính (xuất hiệu ứng mới) Những cấu trúc thấp chiều hố lượng tử (quantum wells), cấu trúc siêu mạng (superlattices), dây lượng tử (quantum wires), chấm lượng tử (quantum dots) … tạo nên nhờ phát triển công nghệ vật liệu với phương pháp kết tủa kim loại hóa hữu (MOCDV), epytaxi chùm phân tử (MBE)… Trong cấu trúc nano vậy, chuyển động hạt dẫn bị giới hạn nghiêm ngặt dọc theo hướng tọa độ với vùng có kích thước đặc trưng vào cỡ bậc bước sóng De Broglie, tính chất vật lý điện tử thay đổi đáng kể, xuất số tính chất khác, gọi hiệu ứng kích thước, quy luật học lượng tử bắt đầu có hiệu lực, đặc trưng hệ điện tử phổ lượng bị biến đổi Phổ lượng bị gián đoạn dọc theo hướng tọa độ giới hạn Do tính chất quang, điện hệ biến đổi mở khả ứng dụng cho linh kiện điện tử, cho đời nhiều cơng nghệ đại có tính chất cách mạng lĩnh vực khoa học, kỹ thuật Ví dụ như: đi-ốt huỳnh quang điện, pin mặt trời, loại vi mạch… Trong số hiệu ứng động nghiên cứu hiệu ứng Hall cho nhiều thông tin cấu trúc vật liệu hạt, giả hạt tham gia vào trình động Hiệu ứng Hall bán dẫn khối nghiên cứu tỉ mỉ (“Vât lý bán dẫn thấp chiều ”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội) Cịn hiệu ứng Hall bán dẫn thấp chiều bắt đầu nghiên cứu gần nghiên cứu hiệu ứng Hall hệ chiều hệ chiều (dây lượng tử) chưa nghiên cứu Ở luận văn nghiên cứu hiệu ứng Hall hệ dây lượng tử hình trụ với phương pháp nghiên cứu phương trình động lượng tử Mục đích nghiên cứu tìm độ dẫn Hall hệ số Hall dây lượng tử hình trụ có mặt sóng điện từ Phương pháp nghiên cứu sử dụng phương trình động lượng tử cho điện tử Trong dây lượng tử hình trụ với hồ cao vơ hạn từ tìm hàm phân bố khơng cân điện tử, tính độ dẫn Hall tính hệ số Hall Phương pháp nghiên cứu Chúng tơi sử dụng phương pháp phương trình động lượng tử cho điện tử Từ Hamiltonian cho hệ điện tử - phonon dây lượng tử hình trụ với hố cao vô hạn, với điện trường không đổi E1  (0,0, E1 ) từ trường không đổi B  (0, B, 0) đặt vng góc với điện trường biến thiên E  Eo sin t đặc trưng vec tơ Xây dựng phương trình động lượng tử cho hệ điện tử dây lượng tử hình trụ vơi hố cao vơ hạn giải phương trình để tìm biểu thức giải tích cho tenxơ độ dẫn Hall hệ số Hall Biểu thức độ dẫn Hall, hệ số Hall phụ thuộc vào từ trường B, tần số sóng điện từ Ω, bán kính chiều dài dây lượng tử Điều thể rõ ràng qua đồ thị cách sử dụng chương trình Matlab để tính tốn số cho dây lượng tửu hình trụ hố cao vô hạn Đây phương pháp phổ biến để nghiên cứu bán dẫn thấp chiều Nghiên cứu hiệu ứng Hall bán dẫn khối với có mặt sóng điện từ nhận nhiều ý việc sử dụng phương pháp phương trình động lượng tử [8,11,14,16] Gần đây, việc nghiên cứu cấu trúc vi mơ ngày mang lại lợi ích lớn [13,15] Đặc biệt thời gian gần hiệu ứng Hall nghiên cứu hệ chiều [10] dây lượng tử hình trụ [15] Mặc dù vậy, hiệu ứng Hall dây lượng tử hình trụ với cao vơ hạn lại chưa nghiên cứu nhiều Vì vậy, luận văn tơi tính tốn hệ số Hall dây lượng tử hình trụ với hố cao vơ hạn phương pháp phương trình động lượng tử 3 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, nội dung nghiên cứu luận văn trình bày chương: CHƯƠNG 1: Giới thiệu dây lượng tử với hố cao vô hạn hiệu ứng Hall bán dẫn khối CHƯƠNG 2: Tính độ dẫn Hall hệ số Hall dây lượng tử hình trụ với hố cao vơ hạn phương pháp phương trình động lượng tử CHƯƠNG 3: Tính tốn số vẽ đồ thị kết lý thuyết cho dây lượng tử hình trụ với hố cao vô hạn - Kết luận - Tài liệu tham khảo - Phụ lục máy tính Các kết luận văn tập trung chương chương Chúng tơi thu đươc biểu thức giải tích độ dẫn Hall hệ số Hall dây lượng tử hình trụ với hố cao vơ hạn Việc khảo sát số thực hiện, cho thấy phụ thuộc phi tuyến hệ số Hall vào nhiệt độ hệ T, B, E1, Ω, tham số đặc trưng cho dây lượng tử hình trụ Kết thu khác biệt so với trường hợp bán dẫn khối Các kết thu luận văn đóng góp vào BCKH hội nghị vật lý lý thuyết toàn quốc số 39 Ban Mê Thuột tháng 07/2014: Nguyen Thu Huong, Nguyen Duc Luong, Nguyen Quang Bau (2014) “Influence of strong electromagnectic wave (Laser Radiation) on the Hall Effect in a Cylindrical Quantum Wires with infinitely High potential” Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Quang Báu (Chủ biên) (2011), Lý thuyết bán dẫn đại, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Quang Báu, Bùi Đằng Đoan, Nguyễn Văn Hùng (2004), Vật lý thống kê, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Quang Báu (Chủ biên), Nguyễn Vũ Nhân, Phạm Văn Bền (2008), Vật lý bán dẫn thấp chiều, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 4 Nguyễn Văn Hiệu (1997), Cơ sở lý thuyết lượng tử chất rắn, Thông tin khoa học công nghệ Quốc Gia, Hà Nội Nguyễn Thế Khơi, Nguyễn Hữu Mình (1992), Vật lý chất rắn, NXB Giáo Dục Nguyễn Văn Hùng (2000), Lý thuyết chất rắn, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh Austing D GYu G., Lockwood D.J., SpringThorpe A J (2007), “Crossing and anticrossing of spin-split Landau levels in an AlxGa1−xAs∕GaAs parabolic quantum well ferromagnet”, Physical Review B, 76, pp.248 Bau N.Q., Hieu N.V., Nhan N.V (2012), “Current in a quantum well by using a quantum kinetic equation”, Journal of the Korean Physical Society, 61(12), pp.2026-2031 Bau N.Q., Hoi B.D (2012), “Influence of a strong electromagnetic wave (laser radiation) on the hall effect in quantum wells with a parabolic potential”, Journal of the Korean Physical Society, 60(1), pp.59-64 10 Bau N.Q., Phong T.C (2003), “Parametric resonance or acoustic and optical phonons in a quantum well”, J Korean Phys Soc, 42, pp.647 11 Bau N.Q., Trien H.D (2010), “The nonlinear absorption coefficient of strong electromagnetic waves caused by electrons confined in quantum wires”, J Korean Phys Soc, 56, pp.120 12 Driscoll D.C., Ellenberger C., Ensslin K., Gossard A.C., Ihn T., Lecturcq R., Simovic B., Ulloa S.E (2006), “Two-subband quantum Hall effect in parabolic quantum wells”, Physical Review B, 74, pp.774 13 Epshtein E.M., ManlevichV.L, (1976), “Photostimulated odd magnetoresistance of semiconductors”, Sov Phys Semicond, 18, pp.1286 14 Epstein E.M (1976), “Parametric resonance of acoustic and optical phonons in semiconductors”, Sov Phys Semicond, 10, pp.1414 15 Gusev G.M., Lamas T.E., Leite J.R., Quivy A.A (2004), “Anomalous Hall effect in a wide parabolic well”, Physica Status Solidi (c), 32, pp.181 16 Lee S.C (2007), “Optically detected magnetophonon resonances in quantum wells”, J Korean Phys Soc, 51, pp.1979  ... Còn hiệu ứng Hall bán dẫn thấp chiều bắt đầu nghiên cứu gần nghiên cứu hiệu ứng Hall hệ chiều hệ chiều (dây lượng tử) chưa nghiên cứu Ở luận văn nghiên cứu hiệu ứng Hall hệ dây lượng tử hình trụ. .. động lượng tử Mục đích nghiên cứu tìm độ dẫn Hall hệ số Hall dây lượng tử hình trụ có mặt sóng điện từ Phương pháp nghiên cứu sử dụng phương trình động lượng tử cho điện tử Trong dây lượng tử hình. .. lợi ích lớn [13,15] Đặc biệt thời gian gần hiệu ứng Hall nghiên cứu hệ chiều [10] dây lượng tử hình trụ [15] Mặc dù vậy, hiệu ứng Hall dây lượng tử hình trụ với cao vơ hạn lại chưa nghiên cứu nhiều