Nghiên cứu lý thuyết về các tính chất quang của bán dẫn thấp chiều

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC T ự NHIÊN li::'fl rh: TÊN ĐỂ TÀI: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỂ CÁC TÍNH CHẤT QUAN(; CỦA BÁN DẦN THẤP CHlỂlI MÃ Sỏ: 200G MỤC LỤC Chươngl Giới thiệu tổng quan 1.1 Khái quát hệ hai c h iề u 1.1.1 H ố lượng t 1.1.2 Siêu mạng pha t p 1.2 Biến đổi tham số phonon âm phonon quang bán dản k h ô i Chương2 Hệ phương trình động Iuợng tử mơ tả tương tác tham số phonon âm phonon quang trongsiêu mạng pha tạp 10 15 2.1 Hamiltonian hệ điện tử-phonon âm-phonon quang siêu mạng pha t p 15 2.2 X ây cỉựng hệ phương trình động lượng tử cho phonon âm phonon quang siêu mạng pha t p 17 Chương3 Tính tốn hộ số biến đổi tham sỏ phonon âm phonon quang siêu mạng pha tạp 24 3.1 Tính tốn giải tích hệ số biến đổi tham số phonon âm phonon quang siêu rrạng pha t p 24 3.2 Tính tốn số bàn lu ậ n 36 Kết luận 39 Tài liệu tliam k h ả o 40 Phụ l ụ c 42 ĐẠI HỌC QUOC GIA HA NỌI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ NHIÊN KHOA VẬT LÝ * HỒNC MỸ DUNG TÍNH TỐN HỆ SỐ BIẾN Đ ổ i THAM s ố GIỮA PHONON ÂM VÀ PHONON QUANG TRONG DÂY LƯỢNG TỬ VỚI H ố THẾ CAO VÔ HẠN L U Ậ N V Ă N T H Ạ C S Ỹ K I Ĩ OA I I Ọ C N g h n h ; Vật lý C h u y ê n n g h n h : Vật ỉỷ ỉỷ th u y ế t Vật ly toán M ã n g h n h : 60.44.01 Ngưửi huớng dản khoa học: GS TS NGUYÊN QIIANCỈ BÁU í* MẢ N ộ i - 2006 MỤC LỤC M ĐẢƯ CHƯƠNG HỆ THẤP CHIỀU 1.1 Khái quát hệ thấp chiều 1.2 Hệ chiều CHƯƠNG H Ệ PHƯƠNG TR ÌNH ĐỘ N G LƯỢNG T Ử MƠ TẢ TUƠNG TÁC T H A M SỐ GIỮA CÁ C P H O N O N ÂM VÀ PH ONON QUANG TR ON G D Â Y LUỢNG T Ử H ÌN H TRỤ VỚI H ố T H Ế CAO V Ơ H ẠN 2.1 Tốn tử Hamiltonian hệ điện tử - phonon âm phonon quang t r o n g dây lư ợ n g tử 2.2 Hệ phương trình động lượng tử mơ tả tương tác tham số phonon âm vù phonon quang dây lượng tử hình trụ với hố cao vô h n CHUƠNG 3: HỆ SỐ BIẾN ĐỔI THAM s ố GIŨA PH ONO N ẢM VÀ PHONON Q U A N G T R O N G DÂ Y LUỌNG T Ử H ÌN II TRỤ VỚI I l ố T HỂ CAO V Ô HẠN 3.1 Biểu thức chung hệ số biến đổi tham số phonon ám phonon quang lượng tử hình ti ụ với hố cao vị hạn 3.2 T ín h tốn s ố vẽ đ thị biểu diễn s ự phụ thuộc hệ s ố biến đổi tham số phonon âm phonon quang tlieo nhiệt độ T dây lượng tử hình trụ GaAs/GaAsAI 3.3 Tín h tốn s ố vẽ d thị biổu d iễn plụi thuộ c hệ s ố biến dổi tham số phonon âm phonon quang theo bán kính R dây lượng tử hình trụ GaAs/GaAs AI K ẾT LUẬN PHỤ LỤC TÀI L Ĩ Ệ U T H /M KHẢO ' ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T Ự N H Trần Thị Hải TÍNH TOÁN HỆ Số BIẾN Đ ổ i THAM s ố GIỮA PHONON ÂM VÀ PHONON QUANG TRONG DÂY LƯỢNG TỬ VỚI HÔ THÊ PARABOL * C huyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán M ã số: 60.44.01 L U Ậ N V Ă N TH Ạ C s ĩ K H O A HỌC NG Ư Ờ I H Ư Ớ N G D Ã N K H O A HỌC GS.TS N guyễn Quang Báu Hà N ù i-2 0 ị MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương - KHAI QUÁT VỀ MÔ HỈNH DÂY LƯỢNG TỬ VÀ BÀI TOÁN VỀ BIẾN Đ i THAM s ố GIỮA PIIONON ÂM VẢ PIIONON QUANG 1.1.Hàm sóng phổ lượng cua điện tử dây lượng tử 1.1.1 D ây lượng tử hình trụ với h ố vơ h n 1 D ây lượng tử hình trụ với hố p arab ol 1 D ây lượng tử hình chữ nhật v i hố vô hạn 1.2 Các toán biến đổi tham số phonon âm phonon q u a n g .8 Chương - BIÊN Đ ổ i THAM s ổ GIŨA PHONON ÂM VÀ PHONON QUANG TRONG DÂY LUỢNG TỪ H ÌN H t r ụ v i H ố TH Ế PARABOL 14 2.1 Ham intôn hộ điện tử - phonon âm - phonon quang Irong dây lượng tử hình trụ với hơ t h ế paraboì 14 2.2 H ệ phương trình động lượng tử mơ tả tương tác tham số phonon âm phonon quang dây lượng tử hình trụ với hố parabol 16 2.3 H ệ số biến đổi tham số phonon âm phonon quang dây lượng tử hình trụ với hố thố parabol 26 Chương - TÍNH TỐN s ố VÀ VẼ Đ THỊ CHO DÂY LUỢNG TỬGaAs/ GaAsal 45 3.1 Tính tốn s ố vẽ đồ thị cho chìy lượng tử G aA s/ G aA sA l 45 3.2 N hận xét i 48 KẾT LUẬN Tài liệu th a m k h ả o Phu luc ' " 50 5] 54 Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C GIA H Ă NỘ I T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A HỌC T ự N H IÊ N Đ in h Q u ố c V n g CÁC HIỆU ỨNG ĐỘNG VÀ ÂM ĐIỆN TỬ TRONG CÁC HỆ ĐIỆN TỬ THAP c h i ề u C h u y ê n n g n h : V ậ t lí lý t h u y ế t V ậ t lí to n M ã số: D ự T H Ả O L U Ậ N Á N T I E N S Ỹ V Ậ T LÍ N gười hướng dẫn khoa học H n g d ầ n ch ín h : GS-TS Nguyễn Quang Báu H n g d ẫ n phụ: GS-TSKH Nguyễn Văn Hùng Hà Nội, 11/2006 LÒ I C Ả M ON T ác g iả x i n c h ă n t h n h c ả m ơn vả bày tỏ lòng kính trọng, biết ơn s â u s ắ c G S T S N g u y ễ n Q u a n g B ấ u uà G S T S K H N g u y ễ n Văn H ùng n gư ời t h y đ ã t ậ n t â m g iú p đỡ, hướng dẫn tác giả đ óng góp ý kiến q báu cho ỉuận án,về động vtên tác (Jiả suốt trình thực luận án X i n c h â n t h n h c ả m ơn Ư B N L tỉnh Q u ả n g Ninh, Sở G i o dục D o tạo Q u ả n g N i n h đ ã t o m ọ i điều kiện th uận lợi v ề thời gia n hỗ trợ kinh p h í cho t c g i ả t r o n g th ời g ia n n gh iê n cứu h oà n th ành luận án X ỉ n c h â n t h n h c ả m ơn trường D i ÌIỌC K h o a học T ự n h i ê n - D i học Q u ốc g i a H N ộ i , K h o a Vật lí trư n g D i học K H T N , ph ò n g K h o a học C ô n g n g h ệ D o t o S a u đại học trườ ng D i học K H T N , dã tạo điều kiện t ố t n h ấ t cho t c g iả h oà n th n h luận án n ày Tác giả bày tỏ lòng biết ƯTI c h â n t h n h tớ i Th ày, cô thuộc B ộ m ô n Vật lí L í thuyẽt, khoa Vật lí d ó n g g ó p ý k iế n thảo iaọ.n kéỉ củ a luận án C u ố i cùng, t c g iả không t h ế quen giúp đỡ tậ n tìn h T h y cơ, bạn bè, anh chị em đồng Tighiậị' na nhung người thân giữ đình đa theo dõi, đ ộ n g v i ê n v t o d iề u kiện ĩ!i.'aận lợi n h â t cho tá c gia hoàn luận n n y T ác g i ả x i n bày tỏ long biêt ơn s â u s ã c dèn m ọ i L u ậ ĩ ỉ n n y đuợc h o n th ành tậi B ộ ĩ n õn Vật ỉí L i th uyc t, K h o a Vật lí, T r n g D i học K H T N , D t hục Quỗc gia H Nộĩ T ác giá luận án Lời cam đoan T ấ c g i ả x i n c a m đ o a n đ â y cơng trình ngỉnên cứu tác giă Các kết qu ả n ê u t r o n g ỉu ận n tr u n g thục, chưa công bố tro ng cơng t r ì n h n o khác N ế u có d i ề u s a i trái, tác giả x in hồn tồn cìiịu trách nh iệm H Nộ i, / 0 Tác giả luận án Mục lục GIỚI TH IỆU TỎ NG QUAN 22 1.1 Sự lượng tử hố giảm kích t h c 1.2 Hàm sóng phổ lượng điện tử cấu trúc hệ thấp c h i ề u 26 1.2.1 Hố lượng t 26 1.2.2 Hệ m ột c h i ề u 31 1.2.3 Hệ không c h i ề u 34 1.3 Một số hiệu ứng động bán dẫn Phương pháp KuboM o r i 1.3.1 1.3.2 1.4 22 Công thứ c Kubo-Mcri cho tenxơ độ d ẫ n Công thứ c Kubo-Mori mở r ộ n g 35 35 42 Hiệu ứng quang, âm điện từ bán dẫn P hương trình động lượng từ cho phonon dây lượng tử 49 1.4.1 Hiệu ứng quang, ârr điện tử bán dẫn 1.4.2 P hư ơng trình động ’ượng tử cho phonon dây lượng t 49 50 HIỆU Ứ N G Đ Ộ N G TRONG HỆ T H A P c h i ê u 60 2.1 Về hấp thụ sóng điện từ 60 2.2 Ảnh hưởng hiệu ứng giam cầm phonon lên hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử giam cầm Hố lượng tử 2.2.1 T rưòng hợp khơng có mặt từ t r n g 2.2.2 ^Trường hợp có mặt từ trường lượng tử 2.3 63 65 69 Sự hấp thụ sóng điện từ yếu điện tử giam cầm dây lượng tử 2.3,1 Trường hợp tán xạ điện tử- phonon âm 74 77 2.3.2 2.4 Trường hợp tán xạ điẽĩi tử- phonon quanCT T ơn g tác tham số phonon âm phonon quang dây lượng tử hình trụ 2.4.1 phonon q u a n g 84 2.4.2 P hư ơng trình động lương tử cho hệ điện tử-phonon 85 2.4.3 Cộng hưởng tham s ố 89 Biểu th ứ c tổng quát cho hệ số hấp thụ phonon âm 3.1.1 c h iê u 93 95 Hệ số hấp thụ phonon âm trường hợp hắp thụ m ột p h o t o n 3.1.2 3.2 nhiều p h o t o n 103 Bài tốn cho cấu hình dây lượng tử hình t r ụ 109 3.2.1 D ây lượng tử hình trụ với hố cao vô hạn 109 3.2.2 Dây lượng tử hình trụ với hố cao vơ hạn đặt 3.2.3 3.2.4 Dây lượng tử hình trụ với hố parabol 113 119 Dây lượng tử hình trụ với hố chiều parabol m ột chiều hình vng từ t r n g 3.4 98 Hệ số hấp thụ phonon âm trường hợp hấp thụ- từ t r n g 3.3 84 B ài toán cộng hưởng tham số phonon âm HIỆU Ứ N G ÂM ĐIỆN TỬ TRONG HỆ TH AP 3.1 81 123 Bài tốn cho cấu hình dây lượng tử hình chừ nhật vối hố cao vơ h n 127 T hảo luận kết 132 KẾT LUẬN DANH M ỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU TH AM KHẢO PHỤ LỤC 136 PHIẾU ĐÃNG KÝ KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u KH-CN Tên đề tài (hoặc dự án): Nghiên cứu lý thuyết ve c;íc tính chà* quang cúa l>;ín dan tháp cliiéu GS.TS N g u y ễ n Q u a n g Báu Mã số: Q T - - Cơ quan trì dổ tài (hoặc dự án): Khoa Vật lý,Đại học Khoa học Tự nhiên ( Đ H Q G H N ) Địa chỉ: 334 N g u y ễ n Trãi, T hanh Xuân Hà Nòi Tel: (04)7 62 54 Cư quan quán lv đề tài (hoặc dư án): Đại học Q u ố c gia Hà Nội Địa clii: Tel: Tổng kinh phí thực chi: 20 triệu Thịi gian nghiên cứu: 12 tháng Thịi gian brít dầu: 1/2006 Thời gian kết thúc: 1/2007 Tên cán phối họp nghiên cứu: TS Nguyễn V ũ Nhân, TS Trần Công Phong Ths - NCS Đinh Qu ốc Vương Ths NCS Lương Vă n T ù n s , Ths Lổ Đinh, Cử nhân - CHV Hoàng M ỷ Dung, Cử nhân CHV H o n g Đ ình Triển, Cử nhân - C HV Trán Thị Hai c nhân N g u y ề n Bích Ngọc r nhàn Đ ặ n g T h ế H ù n g Cử nhàn N g u y e n Thị Mai Nhiên, Cử nhân Trán Thị Nga Số dăng ký đé tài Sô cl iứns nhận đăng kv HiUì mật: Phổ hiên l ộ n g rải kơì q Iiịĩhicn cứu: iNiỉiiv: No-iy T ó m lat k ẽ t q u a Iii>hỈCI1 c ứ u : - Nsjiicn cứu hấp Ihụ sóim diện lừ yếii hói t!iẹn III tronu đáy lượn ị! lú \cíi ilaiiịí Ìlic giam cầm khác nhau, h ố lượim tử ( có ke địn su liiain cám cua phnnoii ) có kẽ ilcn an!i hương từ trường - Niihiẽn cứu biến dổi lliam so phonon â m plionon qu a ng irong dây lượng Ui VOI d n g thô lỉiam c ầ m khiíc nh au - Nụhiơn cứu bill'll (.loi Ihani số phonon am phc»IU>11 lỊiumg Iionu siêu m.niịi ị‘11a tạp - Nghiên cứu gia lãng p h on o n (lâv lượng tư boi II ường sa lasci' Các kết nghiên cứu cúa đố tài có 11 LƠng trình cỏ n s bố trcn tap chí lệioa học hội nghị khoa học, đó: -Một cơng trình cơng bố tạp chí khoa học Quốc tơ -Một cơng trình cơng bố tạp ch.' khoa hoc Quốc gill -Tám báo cáo khoa học Hội nghị, đó: + báo cáo khoa học Hội nghị kho.i học Vật lý Irons nước: + báo cáo Hội nghị Vật lý Quốc Tế: -Một cơng trình hồn thành gửi đãng írón c c tạp chí khoa học Hàn Quốc Kết nghiên cứu đề tài £Óp phán (ĩào tao: Cử nhàn Tliac s ỹ Tien SV Kiến nghị quy niỏ dủíi tượng áp dụnt* nghiủn cứu: Sử dung nghiên cứu khoa học đào tạo C h ủ n h i ệ m đ e tài Thù trường quiin chủ Irì đe t;*» (.'hú lịch Hội đóng diínli ịỊĨá thức Thù trường quail quan lý de lài Nguyền Quang Họ tên Học hàm học vị Báu T ran' t y k /lỷ & p ịim ĨTii iLi::rj Cìiáo sư, Ti On sỹ yiịimỊulM? s dại HOA K t J a i!ri!; ứJ Títíi- Lị ĨT S - Kí tên Đ ó m : drill lai: c W - / k co ỉ.GHE ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN Hí Ậ :jí Ặ i'fi :j: TÊN ĐỂ TÀI: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỂ CÁC TÍNH CHẤT QUANG CUA BÁN DẪN THẤP CHIỀU MÃ SỔ: QT - 06 - 13 CHU TUÌ ĐI': TẢI :