Luận án tiến sĩ lý thuyết lượng tử về hiệu ứng hall trong hố lượng tử và siêu mạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- BÙI ĐÌNH HỢI LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ VỀ HIỆU ỨNG HALL TRONG HỐ LƯỢNG TỬ VÀ SIÊU MẠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ HÀ NỘI, 2015 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- BÙI ĐÌNH HỢI LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ VỀ HIỆU ỨNG HALL TRONG HỐ LƯỢNG TỬ VÀ SIÊU MẠNG Chuyên ngành : Vật lí lí thuyết và vật lí toán Mã số: 62440103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. TRẦN CÔNG PHONG GS. NGUYỄN QUANG BÁU HÀ NỘI, 2015 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.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 Bùi Đình Hợi i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến GS. Trần Công Phong và GS. Nguyễn Quang Báu - những người thầy đã tận tình hướng dẫn, đóng góp những ý kiến quý báu cho 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 thầy, cô 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 Xây dựng 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 anh chị đồng nghiệp trong bộ môn Vật lý, Trường Đại học Xây dựng, 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 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC Mục lục. 1 Bảng đối chiếu thuật ngữ Anh - Việt và các chữ viết tắt. 4 Danh mục một số ký hiệu thường dùng. 5 Bảng giá trị các thông số cơ bản trong bán dẫn GaAs và GaN.

6 Danh mục các hình vẽ, đồ thị. TỔNG QUAN VỀ HỆ HAI CHIỀU VÀ LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ VỀ HIỆU ỨNG HALL TRONG BÁN DẪN KHỐI. Tổng quan về hố lượng tử và siêu mạng. Phổ năng lượng và hàm sóng của electron trong hố lượng tử khi đặt trong từ trường và điện trường vuông góc với nhau.

Phổ năng lượng và hàm sóng của electron trong siêu mạng bán dẫn khi đặt trong từ trường và điện trường vuông góc với nhau. Phương pháp phương trình động lượng tử và lý thuyết lượng tử về hiệu ứng Hall trong bán dẫn khối. HIỆU ỨNG HALL TRONG HỐ LƯỢNG TỬ PARABOL DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH. Trường hợp từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron.

Tương tác electron - phonon quang. Tương tác electron - phonon âm. Kết quả tính số và thảo luận. 42 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Trường hợp từ trường nằm trong mặt phẳng tự do của electron. Tương tác electron - phonon quang. Tương tác electron - phonon âm. Kết quả tính số và thảo luận.

Kết luận chương 2. HIỆU ỨNG HALL TRONG HỐ LƯỢNG TỬ VUÔNG GÓC VỚI THẾ CAO VÔ HẠN DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH. Trường hợp từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron. Tương tác electron - phonon quang.

Tương tác electron - phonon âm. Kết quả tính số và thảo luận. Trường hợp từ trường nằm trong mặt phẳng tự do của electron. Tương tác electron - phonon quang.

Tương tác electron - phonon âm. Kết quả tính số và thảo luận. Kết luận chương 3. HIỆU ỨNG HALL TRONG SIÊU MẠNG BÁN DẪN PHA TẠP DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH.

Trường hợp từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron. Tương tác electron - phonon quang. Tương tác electron - phonon âm. 89 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Kết quả tính số và thảo luận. Trường hợp từ trường nằm trong mặt phẳng tự do của electron. Tương tác electron - phonon quang. Tương tác electron - phonon âm.

Kết quả tính số và thảo luận. Kết luận chương 4. 107 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

122 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH - VIỆT VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt Viết tắt Zero dimension Không chiều 0D One dimension Một chiều 1D Two dimensions Hai chiều 2D Three dimensions Ba chiều 3D Semiconductor superlattice Siêu mạng bán dẫn Compositional semiconductor Siêu mạng bán dẫn hợp phần superlattice CSSL Doped semiconductor superlattice Siêu mạng bán dẫn pha tạp DSSL Parabolic quantum well Hố lượng tử parabol PQW Quantum well Hố lượng tử QW Square quantum well Hố lượng tử vuông góc SQW Optical phonon Phonon quang Acoustic phonon Phonon âm Vacuum permittivity Độ cảm chân không Acoustic deformation potential Thế biến dạng âm Electron form factor Thừa số dạng electron Magnetoconductivity Độ dẫn từ Magnetoresistance Từ trở Hall conductivity Độ dẫn Hall Hall resistance Điện trở Hall Hall coefficient Hệ số Hall 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC MỘT SỐ KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG Đại lượng Ký hiệu Bán kính cyclotron `B Độ rộng SQW Lz Chu kỳ siêu mạng d Tần số giam giữ đặc trưng của PQW ωz Tần số plasma đặc trưng cho DSSL ωp Tần số sóng điện từ ω Tần số phonon quang không tán sắc ω0 Tần số cyclotron ωc Chỉ số mức Landau N Chỉ số mini vùng n Từ trường B Điện trường không đổi E1 Biên độ sóng điện từ E0 Điện tích của electron e Hằng số Boltzmann kB Hằng số Planck rút gọn ~ = h/(2π) Độ thẩm điện môi cao tần/tĩnh χ∞ /χ0 Hằng số điện (độ cảm chân không) κ Khối lượng hiệu dụng/trạng thái tự do của electron me /m0 Vận tốc sóng âm vs Mật độ khối lượng vật liệu ρ Mật độ electron n0 Thế biến dạng âm Ed Năng lượng Fermi εF Năng lượng của photon ~ω Năng lượng của phonon ~ωq~ Độ dẫn từ σxx , σzz Độ dẫn Hall σyx , σzx Từ trở ρxx , ρzz Hệ số Hall RH 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng giá trị các thông số cơ bản trong bán dẫn GaAs và GaN Thông số Ký hiệu GaAs (GaN) Độ thẩm điện môi cao tần χ∞ 10.47) Độ thẩm điện môi tĩnh χ0 13.4) Hằng số thế biến dạng Ed 13.2) eV Khối lượng của electron tự do m0 9.1 × 10−31 kg Khối lượng hiệu dụng của electron me 0.206m0 ) Mật độ tinh thể ρ 5320 (6150) kg.m−3 Năng lượng Fermi εF 0.187) eV Năng lượng của phonon quang (không tán sắc) ~ω0 36.57) meV Vận tốc sóng âm vs 5370 (6560) m.s−1 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Danh sách hình vẽ 1.1 Dị cấu trúc hố lượng tử (a) và sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng tương ứng (b).2 (a) Cấu trúc đa hố lượng tử. Khi độ dày các lớp ngăn cách B đủ nhỏ thì cấu trúc là một siêu mạng. (b) Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng của siêu mạng.1 Sự phụ thuộc của từ trở ρxx vào từ trường B (hình trái) và nghịch đảo từ trường 1/B (hình phải) trong PQW khi từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron và xét tương tác electron - phonon âm tại các giá trị khác nhau của nhiệt độ khi không có mặt sóng điện từ.2 Sự phụ thuộc của biên độ tương đối của từ trở vào nhiệt độ trong PQW khi từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron và xét tương tác electron - phonon âm tại T0 = 1. Các ô vuông đậm là tính toán của chúng tôi, các hình tròn đậm là kết quả thực nghiệm trong đa hố lượng tử GaAs/Al0.68 As [3], đường gạch gạch là công thức lý thuyết (2.29) của các tác giả khác.

Các tham số khác được cho như trên hình 2.3 Sự phụ thuộc của từ trở vào từ trường tại các giá trị khác nhau của tần số giam giữ của hố parabol ωz khi không có mặt sóng điện từ (E0 = 0). 45 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.5 (bên phải) Sự phụ thuộc của từ trở vào tỷ số ω/ωc với ωc cố định tại các giá trị khác nhau của biên độ sóng điện từ.6 Sự phụ thuộc của hệ số Hall vào từ trường trong PQW khi từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron và xét tương tác electron - phonon âm trong hai trường hợp: không có sóng điện từ (đường liền nét) và có mặt sóng điện từ (đường gạch gạch).7 Sự phụ thuộc của hệ số Hall vào từ trường tại các giá trị khác nhau của tần số giam giữ của hố thế.8 Sự phụ thuộc của độ dẫn σxx vào năng lượng cyclotron ~ωc trong PQW khi từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron và xét tương tác electron - phonon quang trong hai trường hợp: không có sóng điện từ (đường liền nét) và có mặt sóng điện từ (đường gạch gạch).9 Sự phụ thuộc của độ dẫn σxx vào năng lượng cyclotron ~ωc tại các giá trị khác nhau của tần số giam giữ ωz khi không có sóng điện từ (E0 = 0).10 Sự phụ thuộc của từ trở ρxx vào nhiệt độ T tại các giá trị khác nhau của biên độ sóng điện từ E0. 51 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.11 Sự phụ thuộc của hệ số Hall RH vào từ trường B trong PQW khi từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron và xét tương tác electron - phonon quang trong hai trường hợp: không có sóng điện từ (đường liền nét) và có mặt sóng điện từ (đường gạch gạch).12 Sự phụ thuộc của từ trở ρzz vào từ trường B trong PQW khi từ trường nằm trong mặt phẳng tự do của electron và xét tương tác electron - phonon quang trong hai trường hợp: không có sóng điện từ (đường liền nét) và có mặt sóng điện từ (đường gạch gạch).13 Sự phụ thuộc của từ trở ρzz vào từ trường B tại các giá trị khác nhau của tần số giam giữ khi không có sóng điện từ (E0 = 0).