Nghiên cứu quang phổ tử ngoại của chấm lượng tử bán dẫn loại I kích thước 10 điểm

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THẤP CHIỀU

KHÁI NIỆM HỆ THẤP CHIỀU

Với d là số chiều khả dĩ của hệ, hệ số 2 chính là số trạng khả dĩ của spin. Quãng đường tự do trung bình là khoảng cách trung bình mà điện tử dịch chuyển trước khi trạng thái ban đầu bị thay đổi. Thời gian kết hợp pha ( là thời gian điện tử còn lưu ký ức về pha.

Một hệ có kích thước nhỏ hơn một hoặc cả ba độ dài đặc trưng này được gọi là hệ thấp chiều (mesoscopic). Tỷ đối giữa , , là phụ thuộc vào loại vật liệu, các kích thước này cỡ nanomet (ở giữa kích thước microcopic và marcoscopic). Năng lượng đặc trưng của hệ tính theo đơn vị mili-electron Volt (meV), thời gian đặc trưng tính theo đơn vị picro-giây (ps).

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THẤP CHIỀU 1. Phương trình Schrodinger

Nó độc lập với các phạm vi khác của vật lý, nơi mà exp(+i có thể sử dụng trong các dao động phụ thuộc thời gian hoặc kỹ thuật, nơi mà exp(+i là bình thường. Nếu sóng này đại diện cho một hạt như electron chúng ta thường quan tâm đến hành vi của hàm sóng như một toàn bộ chứ không phải chuyển động nội bộ của chúng. Ngay cả khi nếu chúng ta sử dụng sóng để đại diện cho một electron, nó vẫn lan truyền trong không gian chứ không cô lập giới hạn như trong cơ học cổ điển.

Trong thực tế, chúng ta có thể bắt đầu với các điện tử trong một không gian hữu hạn và cho phép không gian đi đến vô cực ở cuối của phép tính. Theo tiên đề về hàm sóng của cơ học lượng tử: “Trạng thái của một hạt (hoặc một hệ hạt) ở tại một thời điểm t được biểu diễn bởi một hàm sóng ψ( ,t)”. Những ý tưởng để xây dựng vecto riêng và giá trị riêng cho các toán tử khác nhau như đối với ma trận, và cách sử dụng các thuật ngữ tương tự.

Cần thêm một tiên đề của cơ học lượng tử là trạng thái mà các giá trị duy nhất có thể quan sát của đại lượng vật lý là những giá trị riêng của toán tử tương ứng của nó. Các phép đo của xung lượng sẽ mạng lại một loạt các giá trị mà chúng ta có thể mô tả về một giá trị trung bình (không có ở đây) và phổ biến.

EXCITON LOẠI 1 TRONG CHẤM LƯỢNG TỬ

Nguyên nhân là do thế tương tác Coulomb không còn chính xác khi r → ∞, bởi lẽ hằng số điện môi được sử dụng là hàm phụ thuộc vào tọa độ tươngđối giữa điện tử và lỗ trống. Biểu thức (3.22) cho thấy năng lượng liên kết của exciton loại một trong chấm lượng tử phụ thuộc vào bán kính hiệu dụng của chuyển động tương đối a (thể hiện qua ) và hằng số điện môi. Trong hệ đơn vị là năng lượng của exciton khối (E0= ), năng lượng liên kết của exciton loại I trong QD phụ thuộc vào bán kính hiệu dụng của chuyển động tương đối a (thể hiện qua ) thể hiện bằng đồ thị như trên Hình 3.6.

Như vậy kết quả chúng tôi thu được cũng gần với kết quả của các tác giả khác [1] với kết quả 5.26577E0, ngoài việc cho thấy sự phụ thuộc của năng lượng liên kết của exciton loại 1 vào bán kı́nh hiê ̣u du ̣ng của chuyển đô ̣ng tương đối, kết quả còn cho thấy sự phụ thuộc của năng lượng này vào hằng số điện môi chấm mạng. Khi chiếu chùm tia sáng vào bán dẫn thì một số điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ ánh sáng nhảy lên vùng dẫn, để lại vùng hóa trị các lỗ trống mang điện tích dương. Trong chương này, chúng tôi đã đề xuất mô hình exciton thẳng (exciton loại I) trong chấm lượng tử, từ đó nghiên cứu năng lượng liên kết của các giả hạt này trong mô hình trên.

Đối với exciton thẳng (exciton loại I) trong chấm lượng tử, chúng tôi chọn chấm lượng tử có dạng hình cầu bán kính R, thế giam giữ đặt lên hai chấm có dạng thế parabolic và thế tương tác giữa chúng là thế central-cell. Với mô hình đó, chúng tôi đã đưa ra biểu thức năng lượng liên kết của exciton loại I, năng lượng liên kết kết này phụ thuộc vào bán kính hiệu dụng của chuyển động tương đối a và hằng số điện môi chấm mạng. Kock với mô hình exciton loại I theo vùng cấm của QD, mô hình exciton loại I ở các mặt tiếp giáp [1],… cho thấy kết quả luận án đạt được cũng gần với các tác giả khác, đó là sự phụ thuộc tỉ lệ nghịch của năng lượng liên kết vào bán kính hiệu dụng của chuyển động.

Cấu trúc thấp chiều hình thành khi ta hạn chế không gian thành một mặt phẳng, một đường thẳng hay một điểm, tức là ta hạn chế chuyển động của các điện tửtheo ít nhất là một hướng trong phạm vi khoảng cách cỡ bước sóng de Broglie của nó (cỡ nm). Nếu hạn chế chuyển động của electron theo một chiều ta được hệ hai chiều (giếng lượng tử), hạn chế theo hai chiều ta được hệ một chiều (dây lượng tử) và hạn chế theo ba chiều ta được hệ không chiều (chấm lượng tử). Khái quát chung về chấm lượng tử, đặc điểm, các hiệu ứng cơ bản của chấm lượng tử bao gồm: hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng giam giữ lượng tử, hiệu ứng đường hầm và hiệu ứng khóa Coulomb.

Ngoài ra, chương II còn trình bày cấu trúc điện tử cơ bản và ứng dụng của chấm lượng tử trong cuộc sống hứa hẹn đem đến những bước phát triển lớn cho các ngành khoa học kỹ thuật nước nhà. Chúng tôi đã đưa ra biểu thức năng lượng liên kết của exciton thẳng, exciton truyền thống (exciton loại 1) phụ thuộc vào bán kính hiệu dụng của chuyển động tương đối a (thể hiện qua ) và hằng số điện môi. Dựa trên việc tìm hiểu về các giả hạt exciton nói trên tạo cơ sở cho việc nghiên cứu và tạo ra các bán dẫn có cấu trúc thấp chiều, chính là cơ sở của sự phát triển mạnh mẽ máy tính, các thiết bị điện tử hiện đại thế hệ mới siêu nhỏ,.