Nghiên cứu Exciton-Polariton trong bán dẫn có cấu trúc vùng - Luận án tiến sĩ Vật lý

£ HOC VA TRUNG BOC TRUONG DAT HOC CHANDI KHAMSAMSY OT GHUVSN 6H15? PONG HCP MOT SO VAN DE. BECITON-POLARTTON dO KE DEN cau Hướng dẫn chính : Ruồn Quán phụ TRUGHG £41) OC TONG 4° HANOI TRONG BAN DAH THUC VỮNG : Viện sĨ NGUYEN VAN HTZU Phổ tiến sĩ NGUYÊN AI việm Chương 3-1. I1 : Một số phương phấp l7 thuyết nghiên cứu exei%oa=polaxiton Phương pháp hàm Green cho lý thuyết polariton “ “ + ` - Phương phap cheo haa Bogoliubov 4 a : xxx at Hãng số tất polaritor 03 Q a tì. ban aan bất đẳng hướn Cấu truc vend của, bán Phổ exciton-polariton lập phương Phổ excitonepolariton ở mẫu bán daa gần đúng đối xứng cầu Phổ exoeiton-polariton ở mẫu bán đỗn có đối xứng lập phương TII : mẩn x@ polariton-polariton fan xa poleriton-polariton ‘oO Gì = y= Treng exeiton-exciton ⁄ "tác egeiton=exeiton có xết đến 84 ne ae oa ao = Loi cdm ơn c1 - TẢ: liệu tham +hấo 23 - Phụ lục 100 Vào những năm năm mươi của thế xý n37, xỹ thuật Dan ~ ~ + =x ` TT SA Beet, ek dan, quang ban dan con ở vao thdi kj sd ~ a es Oi, + _~ S ON.

` ee sự ra doi của nhưng vạt liệu mởi đo da mở đau cho giai dogn Cin 1 ` * ` một = cach mạng khoa học Xỹ thugt CS ia de ad WS 2 k7 chugt do lam nay ae eae. ? wk ~ can phai lam sang to. Tuy nhiên, cũng ign đại như x7 ey is `.- mdi ve nganh ky thua eh ei. 1i cö điều kiện de nghiên cửu bhực nghiệm cấu trúc tinh tế ¢ a a + % eee “, h5 sua 7 7° s.

Của cac chat ban dan, nghien culu hiệu ung cua nhieu qua ee > : ca > , _x ie, < ay ~ 2 tranh quang hoc xay ra trong ban đan bại miên cộng hưởng đặc biệt lä định luậb bân sắc của các quá trình -tang học 3 ật tận số Ác quá trình ¬uang họ ma brước đây chúng ba chưa có khả năng quan sát được. Ñgoäi những kỹ thuật thực nghiện đó, trong lĩnh vực sa Ss B oO. - 2 4 cr B S SỊ ®à ct ơ fe » (Dỳ c ly thuyết đã có sự áp dụng lý thuy 2 2 a 4, điễn nhom, 17 thuyết trưởng lượng tử để nghiên cứu chất rắn + a fe: 2,7, 26-36}. Miệc SÐ đụng những công cụ `» 1ä 2 ~ 2 đồ đã góp phần 1 am sang to van dé cua 2 a +, a — quang học xẩy ra 6 chat ban dan /3-6, kả ˆ # ` `.

~ a ˆ ^ˆ a Trong ban luạn an nay chung ta sé neu len mgt so aw ` + ae at ou > phudng phap 1ý thuyet dung de nghien cứu hieu ưng quang học “0x le) a 2 ~ , s wi eS ik. ~ «6 + xay ra ở chab bạn dan, đặc biệt la se sp địạng phucng pi: `. a ee” * ee a “ 4 si 5 ham Green de nghien cuu dinh luat tan sdc polariton trong ~ + es 4 ` + + % : 4 5 mau bán dân thực vá xet qua trinh tan xg polariton-polariton 2 x 4 = + A ở mau ban dan thực do.ˆ : ` {/23/, Pekar /22/ nhgn thay do sudng tac exciton-photon. *, a +f x ` A ft x : + + + trong cac chat ban dan lận xuất hiện trạng thái kích thích aN eS ` el & ` : 3 Ốc.

Cơ bạn mới Ig hon hgp exciton va photon. Trgng thai kica + 2 + = 4 at ¬ 4 2% ` ° = thich cở ban đó được gọi la excitonpolariton thưởng được gọi ¥ bắt 1a polariton. Hiệu Ứng bolaribon-exciton được nhieu bác gia nghiên cứu đến vào những năm sấu mươi, bảy mươi trên cơ sd phương trình động học của 1ý thuyết lượng tử /2¿-2s/ va phép gan diite ham Green /28-4T/. Trong những nặm gan day kỹ thugt Laser phat trién gitp cho chỗ ng va cồ khả năng quan s sat thực nghiệm nhiêu § hiện ime quar.

+ exciton, tue, tại điểm năng liigng anh sang r3t gn ning ` a ae ` trinh sinh hỏa 3m bạc cao bại bän ~ aria 5 29: a HC Ee “ ~. Cũng bại điếm cọng hưởng đo; dong mgt vai a 2 .2 2 + 2 < trỏ quan trọng bởi vị bại đó định luậc tan sắc của polaribon 2 =e SHER, re Ave is. c2 4 we Ng ` 2 1g xhac nhiêu so với định luật ban sắc của pbobon va của „ 2 `) saad a 9$. eye diem cua hang i của:chab ban a: Zea ao z pDhap cheo hoa Bogo hoa x wee x.

" 2 +2 Sees Be: RC cco: 22 €. i se Hamiltonian toan phan cua he photon vs exciton de co mgt he chuẩn hat ty đo mối là polaribon /I5; 25/; phương pháp ham Green do Viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu đề xuất, dùng để nghiên 4, a We AE. + i + TÔ = + : + ` cửu qua trin: ban xạ quang học co polariton tham gia /9/ va ‘. x x 2 : : Ø6 xét đến hiệu Ứng t{t dan của polarivon, các phương pháp vi mô khác /44/, 2 * 2 a.

2 ` Hiệu ưng quang học trở nen quan trọng ở miên năng lượng cộng hưởng đã đặc biệt được chú ý tối. Tuy nhiên hiệu x + “a 4. +, ` Mở xi co cau truc vung suy + $ a 5s a ieee, uns quans hoe xay Pa 6 mQt so ban ‹ eile 6 v^ = ‘ ~ `" i. biến độn phiic tgp hdn nhiéu /55, 67, S4/.

Nhiéu van dé cho 355 đến nay van chưa được làm số en se Ron Gan có học xay ra brong ban dan ccn 2 ee x ` a nk * oe SA plates ep eS cua oan dan Ma cong cy voan age slup cuuneg ta giai quyet + SN ay ` 2. 2xx S2 duge kha nhieu dieu la nhom va 17 thuyet 5i =X , dien nhom. = a“ + Trong ban lugn a đề excibon-polaribon `. + Va cño mau Dan dan co Ma Y ca ~ ua vinn chính xac 7eu to ` af va đun gan dun G9 (0% ty oo fH oO os ry Od dén bổ chính `.

Cuối cùng ap dyng kết qua thu duge để ac định định luật tần sắc polariton 6 mau ban dan thực. 8 chudng III, ching te tinh yéu +6 ma trgn cada qua trình ban xạ polaribon-polaribon xấy ra trony ban dan. Tai + “ : X ao ME to xac định yeu vo vung ning lượng cộng hưởng, ¢ ee: : ‘ 2 a Gus qua trinh tan xq polsrivon-polariton ti 1¢ qua oe yếu tố ma trận của tương tac exciton-exciton. Do ta cin phai xax dinh Hamiltonian twong tac cle exciton- exciton.

Khdc voi cdc bai truce đây đã tính yếu % ma trận tương bác exciton-exeiton /99-117/, chúng ta tỉnh yếu tố me trận tương tác exciton=exciton có xét đến hiệu wig tao đổi ở hệ số chuẩn hóa hãm sóng của hai exciton. i Ngey c& khi chwa xét d@n sy dong gop cua spin lỗ trống, + 2 vã: : 1 “ ". ~ kết qua của chung ta thu được cho thếy co sự khac biệt ro CHUCH 1G TÊN 0ƯU E LÝ uO sO PH EZCITON - FOCLARIZON a ` 47 3% * ` a2 A. Quang hoc xay ra trong chat ban dan nhu la djnh luạt tan 3% sắc polariton và yếu bố ma trận của qua trinh tán xạ có Dolariton than sia.

09 T1, Phương pháp ham Green cho 1ý thuyét volariton /9/ “ a 2 “ a xac lap bicu thuc djnh lu ty Or chat ban dan, chung ta hãy thiết lập + = a + ^ + photena-excibon trong trưởng bương t ño đó chúng ta can phái tính yếu bố exeiton-photon š sổ hợp các quá “ 2, co ving cam thẳng, bại Pee wl! LÊN. -- điện tử 1a hàm sóng thuộc 6 ~ a Ju of A `. trong thuọc P-b>gng thái. Cặp điẹn tu-lo trong Trở +m my +m & lượng hiệu duhg của điện tử bác của hệ điện tử lỗ trống (12) HỮ ‘ss uw œ > we ox (15 strane) +4 ` (16 trons).

` hn voi tridng dien kang itoni b4 Gu Ox an io cươn ` L4 2 ham song cua , as sens cua 19 +~ cau bạo oS Na SỐ d£#-u(t NdrE SG e8 Qn Aug Ge “eo ung iug¢nme +; Ge Tear lant $ => i. tz an CỰC 5 (&) s=t 4s 4.3 Ề ) } , 5 (x,t la toan tu donz co dạng nhu sau i se Ss gts ` seats BS se 2 oi Be e, m la dign tich va khoi lugng ty do cua dign tu. - W(,+) 1a toan tu trưởng điện tủ-lỗ trống. Tại thổi 44m t- no Se ne diem t-o no co dang: as o & % eis) V(X,o=> 1>Ze(R)U„)e +=Ñ@ ÚIš2) kh Pu 89, J(%) - là phần tuần noàn của hầu BLeclC ain ‘eh va 18 trống, Shing ta cố: ena: us / “âu im H ea) ule) z ~(an)* tlạ#)- -u) s1 &): + (1-1-6) 1 e n So» oe ee Ñ all FER) + [2«.

om ie ae ee E trong dO ECE) 18 némg luge chs exciton véi xune Tượng Goan > nn ! phan £, œ (3) là hảm sống aydrogeniixe cha exciton Ổ TQ = thưởng phần tuận hoàa của adm Block My ) bẹi điểm "eye tr} cfs ving hfe vrị là bổ hợp suyến sina cla adm sóng vage Đ2mang vất c TM), |y) ,|Z) - Ha số, sốc Chúng ba đặt : crs) ]|, =~@|W|3)=-(y|y|3=~é|g|2 4 “ - a chung ta co the viet : (i-I-I0) Ti, MS Hee "- \ ‘ n ‘ +, = ~ ẳ ^ ` ~ « trong do 1a hãng 36 veclo phy thuge vae cau trục vũng ae : = ~ x z XS > Ì + , < "So TS. hang 80 vedletiidns uns. + * +, ` : + * + Chung tạ có thể viết lại như sau: : : begin]? ™ Sự chuyển hóa exeiton-photon cũng có thé thu duge trực biếp tử dạng phenomelogical ela Hamiltonian. Chúng ta sẽ xết mgt hệ photon-exzcibon gồm nhánh phovon và lï nhánh exciton | mgt trong hai dgng phenomelogical của Hamil9onian tương v.- ; = lứa ẳ #)Ï,3 oe le dh’ trong đố: com Beye.

{oa Po I-I-13 #t)= ? t (26,7) tệ compen Bi! nm ` # pee ° S228 5 + vdi b (3) ta toan tu huy exciton BC xt ) ahanh n.co ` > z - “ xung lượng toan phần P. Chúng ta thu được biểu thức của yấu w ~ ^ as “ Ci & i a tO ma trgn chuyen hoa exciton-photon nhu sau: @iw, Jte)z-6n) ae Eh) -wth] SF- ee GreTTap ‘ me Œ Ƒ ma cø k1 (~T-12a) 4t) 5 jer Ae “ (I-I=15b) f (ft) = Guna Pr So sanh (I-I-T4e), (I-I-I40) véi (I-I-II) ching ta thu dược: (T-T-T6bÿ is tự ) = HS 9 TL EL) i: 6 .