Luận án tiến sĩ vật lý: Ảnh hưởng hiệu ứng giảm kích thước lên tính chất hệ điện tử 1D dưới tác dụng trường sóng điện từ - Lê Thị Thu Phương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- LÊ THỊ THU PHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GIẢM KÍCH THƯỚC LÊN MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA HỆ ĐIỆN TỬ CHUẨN MỘT CHIỀU DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TRƯỜNG SÓNG ĐIỆN TỪ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ HÀ NỘI, 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- LÊ THỊ THU PHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GIẢM KÍCH THƯỚC LÊN MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA HỆ ĐIỆN TỬ CHUẨN MỘT CHIỀU DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TRƯỜNG SÓNG ĐIỆN TỪ Chuyên ngành : Vật lí lí thuyết và vật lí toán Mã số: : 62 44 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. TRẦN CÔNG PHONG PGS. NGUYỄN VŨ NHÂN HÀ NỘI, 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu được nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án Lê Thị Thu Phương i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Phó Giáo sư - Tiến sĩ Trần Công Phong, Phó Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Vũ Nhân, những người thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp những ý kiến quý báu cho việc hoàn thành luận án cũng như động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu, Khoa Vật lý và phòng Sau đại học của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, đã tạo điều kiện tốt nhất cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các cán bộ, nhà khoa học, giảng viên và các bạn đồng nghiệp thuộc Bộ môn Vật lý lý thuyết, khoa Vật lý của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã đóng góp ý kiến quý báu cho luận án. Tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu và các phòng, khoa chức năng của Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian và hỗ trợ kinh phí cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Cuối cùng, tác giả xin cám ơn sự giúp đỡ tận tình của các bạn đồng nghiệp trong khoa Vật lý của Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế, bạn bè và những người thân trong gia đình đã động viên cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến mọi người. Tác giả luận án ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Mục lục. iii Danh mục các từ viết tắt và bảng đối chiếu thuật ngữ Anh - Việt.

vi Danh mục một số ký hiệu thường dùng. vii Bảng các thông số cơ bản trong bán dẫn GaAs. viii Danh mục các hình vẽ, đồ thị. viii MỞ ĐẦU.

MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN. Tổng quan về dây lượng tử. Phổ năng lượng và hàm sóng của electron trong dây lượng tử khi không có từ trường. Phổ năng lượng và hàm sóng của electron trong dây lượng tử khi có mặt từ trường.

Phương pháp phương trình động lượng tử cho phonon trong bán dẫn. Phương pháp toán tử chiếu. Kỹ thuật toán tử chiếu phụ thuộc trạng thái. Kỹ thuật toán tử chiếu độc lập trạng thái.

ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GIẢM KÍCH THƯỚC LÊN HIỆU ỨNG GIA TĂNG PHONON. Các biểu thức giải tích của hiệu ứng gia tăng phonon. Hamiltonian của hệ electron và phonon giam cầm trong dây lượng tử 27 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Biểu thức giải tích của tốc độ thay đổi số phonon.

Ảnh hưởng của hiệu ứng giảm kích thước lên tốc độ thay đổi phonon. Trường hợp dây lượng tử hình trụ. Trường hợp dây lượng tử hình chữ nhật. Kết luận chương 2.

ẢNH NƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GIẢM KÍCH THƯỚC LÊN CỘNG HƯỞNG THAM SỐ CỦA HAI LOẠI PHONON. Hệ phương trình động lượng tử của hai loại phonon giam cầm trong dây lượng tử. Phương trình tán sắc mô tả tương tác tham số. Điều kiện cộng hưởng tham số của hai loại phonon giam cầm trong dây lượng tử.

Trường hợp dây lượng tử hình trụ. Trường hợp dây lượng tử hình chữ nhật. Ảnh hưởng của hiệu ứng giảm kích thước lên biên độ trường ngưỡng và hệ số biến đổi tham số của hai loại phonon. Trường hợp dây lượng tử hình trụ.

Trường hợp dây lượng tử hình chữ nhật. Kết luận chương 3. ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GIẢM KÍCH THƯỚC LÊN ĐỘ RỘNG VẠCH PHỔ CÁC ĐỈNH CỘNG HƯỞNG. Tổng quan về các loại cộng hưởng.

Cộng hưởng electron-phonon. 55 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cộng hưởng cyclotron. Độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng.

Ảnh hưởng của hiệu ứng giảm kích thước lên độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng electron-phonon. Biểu thức giải tích của công suất hấp thụ khi có mặt sóng điện từ. Độ rộng vạch phổ đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon. Ảnh hưởng của hiệu ứng giảm kích thước lên độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng cyclotron.

Biểu thức giải tích của công suất hấp thụ khi có sóng điện từ và từ trường không đổi. Độ rộng vạch phổ đỉnh cộng hưởng cyclotron. Kết luận chương 4. 82 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.

84 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 85 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH - VIỆT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 0D Zero Dimension Không chiều 1D One Dimension Một chiều 2D Two Dimension Hai chiều 3D Three Dimension Ba chiều AP Absorption Power Công suất hấp thụ CQW Cylindrical Quantum Wire Dây lượng tử hình trụ CR Cyclotron Resonance Cộng hưởng cyclotron CRLW Cyclotron Resonance Độ rộng vạch phổ Line-width cộng hưởng cyclotron EPR Electron-Phonon Resonance Cộng hưởng electron-phonon EPRLW Electron-Phonon Resonance Độ rộng vạch phổ Line-Width cộng hưởng electron-phonon LW Line-Width Độ rộng vạch phổ MBE Molecular Beam Epitaxy Epitaxy chùm phân tử MPR Magneto-Phonon Resonance Cộng hưởng từ-phonon MPRLW Magneto-Phonon Resonance Độ rộng vạch phổ Line-Width cộng hưởng từ-phonon ODEPR Optically Detected Dò tìm cộng hưởng Electron-Phonon Resonance electron-phonon bằng quang học ODEPRLW Optically Detected Electron-Phonon Độ rộng vạch phổ dò tìm Resonance Line-Width cộng hưởng electron-phonon ODMPR Optically Detected Dò tìm cộng hưởng Magneto-Phonon Resonance từ-phonon bằng quang học RQW Rectangular Quantum Wire Dây lượng tử hình chữ nhật vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC MỘT SỐ KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG Đại lượng Ký hiệu Bán kính cyclotron ac Bán kính của CQW R Kích thước của RQW theo phương x / y Lx / Ly Biên độ trường ngưỡng Eth Chỉ số lượng tử của electron `, j Chỉ số lượng tử của phonon m, n Chỉ số mức Landau N Công suất hấp thụ P (ω) Điện tích của electron e CQW/RQW Độ rộng vạch phổ của đỉnh CR trong CQW/ RQW ΓCR CQW/RQW Độ rộng vạch phổ của đỉnh ODEPR trong CQW/ RQW ΓODEPR Hằng số điện môi cao tần / tĩnh χ∞ / χ0 Hệ số gia tăng F Khối lượng hiệu dụng / khối lượng tĩnh của electron me / m0 Năng lượng Fermi εF Năng lượng của photon ~ω Năng lượng của phonon ~ωq Năng lượng của phonon giam cầm ~ωm,n,qz Năng lượng của phonon quang không giam cầm ~ω0 Phần ảo của hàm dạng phổ khi không có từ trường γα,β (ω) Phần ảo của hàm dạng phổ khi có từ trường B(ω) Tần số cyclotron ωc Tần số sóng điện từ ω Tốc độ tạo phonon giam cầm Gm,n,qz Tốc độ tạo phonon không giam cầm G vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng các thông số cơ bản trong bán dẫn GaAs Thông số Ký hiệu Giá trị Độ thẩm điện môi cao tần χ∞ 10.9 Độ thẩm điện môi tĩnh χ0 13.1 Hằng số điện môi χ 13.9 Hằng số thế biến dạng κ 13.5 eV Khối lượng của electron tự do m0 9.1 × 10−31 kg Khối lượng hiệu dụng của electron me 0.067 × m0 Mật độ tinh thể ρ 5.m−3 Năng lượng Fermi εF 0.05 eV Năng lượng của phonon quang (không bị giam cầm) ~ω0 36.25 meV Tham số vận tốc γ 4.s−1 Vận tốc sóng âm va 5370 m.s−1 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh sách hình vẽ 1.1 Mô hình dây lượng tử hình trụ (bên trái) và hình chữ nhật (bên phải) .1 Sự phụ thuộc của tốc độ tạo phonon G vào số sóng qz trong CQW đối với trường hợp phonon khối tại nhiệt độ 200 K (đường liền nét) và trường hợp phonon giam cầm tại các nhiệt độ T khác nhau: 150 K (đường gạch gạch), 200 K (đường chấm chấm), 250 K (đường chấm gạch) .2 Sự phụ thuộc của tốc độ tạo phonon G vào bán kính R của CQW đối với trường hợp phonon khối tại tần số ω = 1.0 × 1013 Hz (đường liền nét) và trường hợp phonon giam cầm tại các giá trị khác nhau của tần số ω của điện trường: 1.3 Sự phụ thuộc của tốc độ tạo phonon G vào số sóng qz trong RQW đối với trường hợp phonon khối tại nhiệt độ T = 200 K (đường liền nét) và trường hợp phonon giam cầm tại các nhiệt độ T khác nhau: 150 K (đường gạch gạch), 200 K (đường chấm chấm), 250 K (đường chấm gạch).0 × 1013 Hz, Lx = 10 nm, Ly = 20 nm. 36 ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.4 Sự phụ thuộc của tốc độ tạo phonon G vào kích thước Lx của RQW đối với trường hợp phonon khối tại tần số ω = 2.0 × 1013 Hz (đường liền nét) và mô hình phonon giam cầm tại các giá trị khác nhau của tần số ω của điện trường: 1.1 Sự phụ thuộc của biên độ ngưỡng Eth vào số sóng qz của phonon âm trong CQW có bán kính R = 16.3 nm (bên trái), vào bán kính R của dây tại số sóng qz = 2.2 Sự phụ thuộc của hệ số gia tăng F vào số sóng qz của phonon âm trong CQW có bán kính R = 16.3 nm (bên trái), vào bán kính R của dây tại số sóng qz = 2.3 Sự phụ thuộc của biên độ ngưỡng Eth vào số sóng qz của phonon âm trong RQW có kích thước Lx = 10 nm, Ly = 20 nm (bên trái); vào kích thước Lx của dây tại số sóng qz = 2.