Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam giữ phonon lên một số hiệu ứng cộng hưởng do tư

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐÌNH HIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN MỘT SỐ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG DO TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON-PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HUẾ - NĂM 2018 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐÌNH HIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN MỘT SỐ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG DO TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON-PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số : 62 44 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: 1. TRẦN CÔNG PHONG 2. LÊ ĐÌNH HUẾ - NĂM 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một công trình nào khác. Huế, tháng 04 năm 2018 Tác giả luận án Nguyễn Đình Hiên ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến GS.TS Trần Công Phong và PGS.TS Lê Đình, là những người thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp những ý kiến quý báu cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Vật lý và Phòng Đào tạo Sau Đại học-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế; Ban đào tạo Sau Đại học, Ban Giám đốc Đại học Huế đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả cũng xin cảm ơn PGS.TS Trương Minh Đức cùng quý Thầy, Cô thuộc Tổ bộ môn Vật lý lý thuyết-Khoa Vật lý-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế đã đóng góp ý kiến cho luận án. Chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Dự bị đại học dân tộc trung ương Nha Trang đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian cũng như hỗ trợ một phần kinh phí cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn sự động viên, chia sẻ của bạn bè, đồng nghiệp và người thân trong qúa trình hoàn thiện luận án.

Luận án được hoàn thành tại Tổ bộ môn Vật lý lý thuyết-Khoa Vật lý-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế. Tác giả luận án iii MỤC LỤC Trang phụ bìa. i Lời cam đoan. ii Lời cảm ơn.

iii Mục lục. 1 Danh sách bảng. 8 Danh sách hình vẽ. 15 MỞ ĐẦU 16 NỘI DUNG.

MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ SỞ. Giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn. Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn khi không có từ trường. Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn khi có từ trường.

Giếng lượng tử thế parabol. Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế parabol khi không có từ trường 26 1. Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế parabol khi có từ trường. Tương tác electron-phonon quang khối trong giếng lượng tử dưới tác dụng của trường ngoài.

Đối với giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn. Đối với giếng lượng tử thế parabol. Tương tác electron-phonon quang giam giữ trong giếng lượng tử dưới tác dụng của trường ngoài. Đối với giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn.

Đối với giếng lượng tử thế parabol. Phương pháp chiếu toán tử. Biểu thức của tenxơ độ dẫn khi không có từ trường. Biểu thức của độ dẫn tuyến tính.

Biểu thức của hàm suy giảm tuyến tính. Biểu thức tốc độ hồi phục tuyến tính. Biểu thức của độ dẫn phi tuyến. Biểu thức của các hàm suy giảm phi tuyến.

Biểu thức tốc độ hồi phục phi tuyến. Biểu thức của tenxơ độ dẫn khi có từ trường. Biểu thức của tenxơ độ dẫn. Biểu thức của hàm suy giảm.

Biểu thức tốc độ hồi phục. Độ rộng của vạch phổ hấp thụ. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG ELECTRON - PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ. Giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn.

Công suất hấp thụ tuyến tính. Độ rộng vạch phổ của đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon tuyến tính. Công suất hấp thụ phi tuyến. Độ rộng vạch phổ của đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon thành phần phi tuyến.

Giếng lượng tử thế parabol. Công suất hấp thụ tuyến tính. Độ rộng vạch phổ của đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon tuyến tính. Công suất hấp thụ phi tuyến.

Độ rộng vạch phổ của đỉnh dò tìm cộng hưởng electron-phonon thành phần phi tuyến. Kết luận chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG TỪ-PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ. Giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn.

Biểu thức của công suất hấp thụ. Độ rộng vạch phổ của đỉnh dò tìm cộng hưởng từ-phonon. Giếng lượng tử thế parabol. Biểu thức của công suất hấp thụ.

Độ rộng vạch phổ của đỉnh dò tìm cộng hưởng từ-phonon. Kết luận chương 3. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG CYCLOTRON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ. Độ rộng vạch phổ của đỉnh cộng hưởng cyclotron trong giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn.

Độ rộng vạch phổ của đỉnh cộng hưởng cyclotron trong giếng lượng tử thế parabol. Kết luận chương 4. 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO .1 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt SQW Square quantum well Giếng lượng tử thế vuông góc PQW Parabolic quantum well Giếng lượng tử thế parabol EPR Electron-phonon resonance Cộng hưởng electron-phonon MPR Magneto-phonon resonance Cộng hưởng từ-phonon CR Cyclotron resonance Cộng hưởng cyclotron ODEPR Optically detected Cộng hưởng electron-phonon electron-phonon resonance dò tìm bằng quang học ODMPR Optically detected Cộng hưởng từ-phonon magneto-phonon resonance dò tìm bằng quang học LW linewidth Độ rộng vạch phổ ODEPRLW ODEPR linewidth Độ rộng vạch phổ của đỉnh ODEPR ODMPRLW ODMPR linewidth Độ rộng vạch phổ của đỉnh ODMPR CRLW CR linewidth Độ rộng vạch phổ của đỉnh CR 5 DANH MỤC MỘT SỐ KÍ HIỆU Kí hiệu Đại lượng tương ứng Lz Bề rộng của giếng lượng tử theo phương z V0 Thể tích của hệ m0 Khối lượng tĩnh của electron m∗ Khối lượng hiệu dụng của electron ϵ0 Hằng số điện môi χ0 Hằng số điện môi tĩnh χ∞ Hằng số điện môi cao tần n Chỉ số lượng tử của electron m Chỉ số lượng tử của phonon giam giữ N Chỉ số mức Landau ωc Tần số cyclotron ac Bán kính cyclotron B Từ trường E0 Biên độ điện trường ~ω Năng lượng photon tới ~ωLO Năng lượng phonon quang dọc m,q⊥ ~ωLO Năng lượng phonon quang dọc giam giữ B0 (ω) Phần ảo của hàm suy giảm tuyến tính P0 (ω) Công suất hấp thụ tuyến tính P1 (ω) Thành phần công suất hấp thụ phi tuyến B1,2 (2ω) Phần ảo của hàm suy giảm phi tính PN Ln (ω) Công suất hấp thụ phi tuyến ODEP RLWSQW LW của đỉnh ODEPR tuyến tính trong SQW 6 Kí hiệu Đại lượng tương ứng ODEP RLWP QW LW của đỉnh ODEPR tuyến tính trong PQW ODEP RLW1SQW LW của đỉnh ODEPR thành phần phi tuyến trong SQW ODEP RLW1P QW LW của đỉnh ODEPR thành phần phi tuyến trong PQW ODM P RLWSQW LW của đỉnh ODMPR trong SQW ODM P RLWP QW LW của đỉnh ODMPR trong PQW CRLWSQW LW của đỉnh CR trong SQW CRLWP QW LW của đỉnh CR trong PQW Bulk Kí hiệu cho phonon khối Confine (Conf.) Kí hiệu cho phonon giam giữ 7 DANH SÁCH BẢNG 2.1 Sự phụ thuộc của ODEPRLWSQW vào T .2 Sự phụ thuộc của ODEPRLWSQW vào Lz .3 Sự phụ thuộc của ODEPRLWSQW 1 vào Lz .4 Sự phụ thuộc của ODEPRLWP QW vào T .5 Sự phụ thuộc của ODEPRLWP QW vào ωz .6 Sự phụ thuộc của ODEPRLWP1 QW vào ωz .1 Sự phụ thuộc của ODMPRLWSQW vào T .2 Sự phụ thuộc của ODMPRLWSQW vào Lz .3 Sự phụ thuộc của ODMPRLWP QW vào T .4 Sự phụ thuộc của ODMPRLWP QW vào ωz .1 Sự phụ thuộc của CRLWSQW vào T .2 Sự phụ thuộc của CRLWSQW vào Lz .3 Sự phụ thuộc của CRLWSQW vào B.4 Sự phụ thuộc của CRLWP QW vào T .5 Sự phụ thuộc của CRLWP QW vào ωz .6 Sự phụ thuộc của CRLWP QW vào B. 142 8 DANH SÁCH HÌNH VẼ 1.1 Sơ đồ chuyển mức của electron giữa trạng thái trung gian η và các trạng thái cơ bản α và β.2 Cách xác định độ rộng vạch phổ từ sự phụ thuộc của công suất hấp thụ vào năng lượng photon.1 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính PSQW (~ω) vào năng lượng photon ~ω trong SQW đối với mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch) tại T = 300 K, Lz = 12 nm.

b) Sự phụ thuộc ODEP R của công suất hấp thụ tuyến tính PSQW (~ω) vào năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODEPR (đỉnh 4 của hình 2.2 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính PSQW (~ω) vào năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODEPR đối với mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá trị khác nhau của T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K (đường gạch gạch) và T = 300 K (đường chấm chấm). b) Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh ODEPR vào T : mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch). Ở đây, Lz = 12 nm.3 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính PSQW (~ω) vào năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODEPR đối với mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá trị khác nhau của Lz : Lz = 12 nm (đường nét liền), Lz = 13 nm (đường gạch gạch) và Lz = 14 nm (đường 9 chấm chấm). b) Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phỏ của đỉnh ODEPR vào Lz : mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch).4 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ phi tuyến PSQW (~ω) vào năng lượng photon ~ω trong SQW đối với mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch) tại T = 300 K, Lz = 12 nm.

b) Sự phụ thuộc của thành phần công suất hấp thụ phi tuyến P1ODEP R−SQW (~ω) vào năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODEPR phi tuyến (đỉnh 2d của hình 2.5 Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh ODEPR thành phần phi tuyến vào Lz : mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch).