cộng hưởng tham số của phonon âm và phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật

66 650 3
  • Loading ...
    Loading ...
    Loading ...

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 07/03/2014, 07:27

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠOĐẠI HỌC HUẾTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM- - - - - - - - - - -BÙI THỊ THANH THỦYCỘNG HƯỞNG THAM SỐ CỦA PHONON ÂMVÀ PHONON QUANG BỊ GIAM GIỮ TRONGDÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬTChuyên ngành: VẬT LÝ LÝ THUYẾT VẬT LÝ TOÁNMã số : 60 44 01LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝNgười hướng dẫn khoa họcPGS. TS. TRẦN CÔNG PHONGHuế, năm 2010iLỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đâycông trình nghiên cứu của riêng tôi, các sốliệu kết quả nghiên cứu nêu trong Luận văn là trung thực, được cácđồng tác giả cho phép sử dụng chưa từng được công bố trong bất kỳmột công trình nghiên cứu nào khác.Huế, tháng 09 năm 2010Tác giả Luận vănBùi Thị Thanh ThủyiiLỜI CẢM ƠNHoàn thành Luận văn tốt nghiệp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâusắc đến thầy giáo - PGS.TS Trần Công Phong Ths. Lê Thị Thu Phươngđã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện.Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Vật Lývà phòng Đào tạo sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế, SởGDĐT tỉnh Quảng Nam, Trường THPT Quế Sơn, các bạn học viên Caohọc khóa 17 cùng gia đình bạn bè đã động viên, góp ý giúp đỡ đểLuận văn được hoàn thiện.Huế, tháng 09 năm 2010Tác giả Luận vănBùi Thị Thanh ThủyiiiMỤC LỤCTrang phụ bìa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iLời cam đoan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iiLời cảm ơn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iiiMục lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Danh sách các hình vẽ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Chương 1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN . . . . . . . 91.1. Tổng quan về dây lượng tử . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1.1. Bán dẫn thấp chiều . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1.2. Bán dẫn dây lượng tử . . . . . . . . . . . . . . . . 101.1.3. Dây lượng tử hình chữ nhật . . . . . . . . . . . . . 111.2. Hamiltonian của phonon âm phonon quang bị giam giữtrong dây lượng tử hình chữ nhật . . . . . . . . . . . . . . 13Chương 2. TÍNH GIẢI TÍCH CỘNG HƯỞNG THAMSỐ CỦA PHONON ÂM PHONON QUANG BỊGIAM GIỮ TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮNHẬT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1. Hệ phương trình động lượng tử phương trình tán sắc chophonon âm dọc (LA) phonon quang dọc (LO) bị giamgiữ trong dây lượng tử hình chữ nhật . . . . . . . . . . . . 162.1.1. Hệ phương trình động lượng tử . . . . . . . . . . . 1612.1.2. Phương trình tán sắc . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2. Cộng hưởng tham số của phonon âm phonon quang bịgiam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật . . . . . . . . . 332.2.1. Điều kiện gia tăng tham số cho phonon âm . . . . . 332.2.2. Điều kiện cộng hưởng tham số của phonon âm vàphonon quang trong trường hợp khí electron khôngsuy biến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Chương 3. KẾT QUẢ TÍNH SỐ THẢO LUẬN . . 423.1. Khảo sát sự phụ thuộc của biên độ trường ngưỡng vào sốsóng âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.2. Khảo sát sự phụ thuộc của biên độ trường ngưỡng vào kíchthước của dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.3. Khảo sát sự phụ thuộc của biên độ trường ngưỡng vào nhiệtđộ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.4. Khảo sát sự phụ thuộc của hệ số F vào số sóng âm . . . . 463.5. Khảo sát sự phụ thuộc của hệ số F vào kích thước của sợi dây 47KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49TÀI LIỆU THAM KHẢO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51PHỤ LỤC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P.12DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ3.1 Sự phụ thuộc vào số sóng âm của biên độ trường ngưỡngEthđối với các giá trị nhiệt độ khác nhau. Đường liền nét,đường gạch gạch, đường chấm chấm lần lượt tương ứng vớicác nhiệt độ T=73 K, 77 K, 81 K. Ở đây, Ω = 4 ×1013Hz, Lx= 40 nm, Ly= 10 nm, Lz= 60 nm. . . . . . . . . 433.2 Sự phụ thuộc vào kích thước sợi dây của biên độ trườngngưỡng Ethđối với các giá trị tần số laser khác nhau củatrường ngoài. Đường liền nét, đường gạch gạch, đường chấmchấm lần lượt tương ứng với các tần số Ω=4.0 Hz, 4.5 Hz,và 5.0 Hz. Ở đây, T = 77 K, Ly= 20 nm, Lz= 60 nm,qz= 1.5 ×108m−1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.3 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của biên độ trường ngưỡng đối vớicác giá trị số sóng khác nhau. Đường liền nét, đường gạchgạch, đường chấm chấm lần lượt tương ứng với các số sóngqz= 1.65 × 108m−1, qz= 1.75 × 108m−1, qz= 1.85 × 108m−1. Ở đây, Ω = 4 × 1013Hz, Lx= 60 nm, Ly= 10 nm,Lz= 90 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.4 Sự phụ thuộc vào số sóng âm của hệ số F đối với các giá trịnhiệt độ khác nhau. Đường liền nét, đường gạch gạch, đườngchấm chấm lần lượt tương ứng với các nhiệt độ T =73 K, 77K, 81 K. Ở đây, Ω = 4 ×1013Hz, Lx= 40 nm, Ly= 10nm, Lz= 60 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4633.5 Sự phụ thuộc vào kích thước sợi dây của hệ số F đối với cácgiá trị khác nhau của tần số trường ngoài. Đường liền nét,đường gạch gạch, đường chấm chấm lần lượt tương ứng vớicác tần số Ω=4.0 Hz, 4.5 Hz, 5.0 Hz. Ở đây, T = 77 K,qz= 108m−1, Ly= 10 nm, Lz= 60 nm. . . . . . . . . . . 474MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tàiTrong thời gian gần đây, áp dụng các phương pháp Epitaxy hiện đạinhư Epitaxy chùm phân tử (MBE), các lớp của hai hay nhiều chất bándẫn có cùng cấu trúc có thể lần lượt được tạo ra. Trong cấu trúc trên,ngoài trường điện thế tuần hoàn của các nguyên tử, trong mạng tinh thểcòn tồn tại một trường điện thế phụ. Tùy thuộc vào trường điện thế phụmà các bán dẫn này thuộc về bán dẫn có cấu trúc hố lượng tử, siêu mạng,dây lượng tử, hay chấm lượng tử. Khi theo một phương nào đó có trườngthế phụ thì phổ năng lượng của các hạt tải (electron, lỗ trống) theo chiềunày bị lượng tử hóa, hạt tải chỉ còn tự do trong số chiều còn lại. Chính vìtính chất giam giữ mạnh nên các bán dẫn này có các tính chất vật lý trongđó có tính chất điện, quang, phản ứng với trường cao tần khác nhau vàkhác với các bán dẫn khối thông thường [3].Việc chuyển từ hệ electron 3 chiều sang hệ electron thấp chiều đã làmthay đổi đáng kể cả về mặt định tính cũng như định lượng các tính chấtvật lý của các vật liệu. Việc nghiên cứu cấu trúc cũng như các hiện tượngvật lý trong các bán dẫn thấp chiều này cho thấy cấu trúc đã làm thayđổi đáng kể nhiều đặc tính của vật liệu, đồng thời cấu trúc cũng đã làmxuất hiện thêm nhiều đặc tính mới, ưu việt hơn mà các hệ electron 3 chiềuthông thường không có. Các vật liệu mới với các cấu trúc bán dẫn nói trênđã giúp cho việc tạo ra các linh kiện, thiết bị dựa trên những nguyên tắchoàn toàn mới công nghệ hiện đại có tính chất cách mạng trong khoahọc kỹ thuật nói chung trong lĩnh vực quang điện tử nói riêng. Đó là lýdo tại sao các cấu trúc trên được nhiều nhà vật lý quan tâm nghiên cứu.Có rất nhiều hiệu ứng vật lý cần được nghiên cứu trong bán dẫn thấp5chiều. Trong số các hiệu ứng này, thì các hiệu ứng cao tần xảy ra do phảnứng của hệ electron dưới tác dụng của trường điện từ cao tần (trườnglaser) được quan tâm nhiều. Một trong các lý do của việc tập trung nghiêncứu các hiệu ứng này trong các bán dẫn thấp chiều là do tính không đẳnghướng mạnh của hiện tượng chuyển tải lượng tử độ linh động của hạttăng cao. Hiệu ứng liên quan đến tương tác electron-phonon mà chúng tôiquan tâm nghiên cứu trong luận văn này là tương tác tham số.Hiệu ứng tương tác biến đổi tham số là một cơ chế mới về sự chuyểnhóa năng lượng giữa các kích thích dưới tác dụng của trường điện từ ngoài.Các kích thích này có thể là cùng loại (ví dụ: phonon-phonon) hoặc khácloại (phonon-plasmon). Tương tác tham số biến đổi tham số dẫn đếnsự suy giảm của loại kích thích này gia tăng của một loại kích thíchkhác khi điều kiện gia tăng tham số được thực hiện. Hiệu ứng cộng hưởngtham số của phonon âm phonon quang khi có mặt sóng điện từ đã đượcnghiên cứu khá đầy đủ trong bán dẫn khối thông thường [9], [16], [27], [33],[37], một phần đối với bán dẫn hố lượng tử [36] dây lượng tử bán dẫn[4], [28], nhưng với giả thiết phonon khối. Việc xem xét phonon bị giamgiữ trong dây lượng tử bán dẫn cần được nghiên cứu một cách cơ bản vàhệ thống. Về mặt nguyên tắc, hiệu ứng này có thể quan sát bằng thựcnghiệm.Tóm lại, vì tương tác electron-phonon trong dây lượng tử bán dẫn xảyra khác biệt so với bán dẫn khối trong các bán dẫn thấp chiều khác,đặc biệt khi xem xét phonon bị giam giữ nên hiệu ứng này mang các đặctính mới. Đó là lý do chúng tôi chọn đề tài "Cộng hưởng tham số củaphonon âm phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tửhình chữ nhật".62. Mục tiêu nghiên cứuVề nội dung, mục tiêu của đề tài này là áp dụng thống kê lượng tử vàonghiên cứu cộng hưởng tham số các phonon dưới tác dụng của trường lasermạnh trong dây lượng tử bán dẫn khi có mặt tương tác electron-phonon.Đề tài cần phải thu nhận được các biểu thức giải tích tường minh cho điềukiện cộng hưởng gia tăng tham số trong dây lượng tử. Thực hiện tính sốvới các bán dẫn dây lượng tử thực để ước lượng các giá trị trên, đối chiếuvới các thông số có thể đạt được trong kỹ thuật hiện nay để kết luận khảnăng ứng dụng vào thực tiễn.Về phương pháp, mục tiêu của đề tài này là nhằm áp dụng hoànthiện hơn các phương pháp phương trình động lượng tử trong thống kêlượng tử cho dây lượng tử bán dẫn, khẳng định ưu việt của phương phápnày.3. Nhiệm vụ đối tượng nghiên cứu+ Nhiệm vụ nghiên cứu- Sử dụng phương pháp phương trình động lượng tử đối với hai loạiphonon để tìm biểu thức giải thích cho điều kiện cộng hưởng tham số củaphonon âm phonon quang- Xác định phổ tái chuẩn hóa của phonon âm (quang). Tính số trườngngưỡng hệ số biến đổi tham số phonon quang (âm) thành phonon âm(quang) khảo sát đại lượng này. Các nội dung trên được nghiên cứu chotrường hợp khí electron không suy biến+ Đối tượng nghiên cứu- Đối tượng nghiên cứu về nội dung tập trung chủ yếu vào cộng hưởng7[...]... của phonon âm dọc (LA) phonon quang dọc (LO) khi bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật 2.1 Hệ phương trình động lượng tử phương trình tán sắc cho phonon âm dọc (LA) phonon quang dọc (LO) bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật 2.1.1 Hệ phương trình động lượng tử * Hamiltonian của hệ điện tử -phonon âm dọc (LA) phonon quang dọc (LO) bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật. .. ,m,n trong đó I1D (qz ) là thừa số dạng của electron trong tương tác electronphonon trong dây lượng tử [26], [35] 15 Chương 2 TÍNH GIẢI TÍCH CỘNG HƯỞNG THAM SỐ CỦA PHONON ÂM PHONON QUANG BỊ GIAM GIỮ TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬT Chương này trình bày về Hamiltonian của hệ electron -phonon bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật tính toán giải tích để thu được kết quả điều kiện cộng hưởng của. .. (1.23) Hamiltonian của phonon âm phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật Sự giam giữ phonon có ảnh hưởng đến tốc độ thay đổi số phonon, điều này có thể được khảo sát bằng cách áp dụng phương pháp Leburton Fasol [5] 13 Khi xét cộng hưởng tham số của phonon âm phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử chữ nhật thì ta phải sử dụng Hamilton Frochlich của hệ electron -phonon [5], [26],... suy biến; cho cả trường laser mạnh (hấp thụ một nhiều photon) các miền tần số khác nhau (từ cổ điển đến lượng tử) 2.2 Cộng hưởng tham số của phonon âm phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật 2.2.1 Điều kiện gia tăng tham số cho phonon âm Điều kiện cộng hưởng tham số được thỏa mãn khi |ωq,m,n − N Ω| = νq,m,n , (2.72) với N là số nguyên Khi |ωq,m,n − N Ω| = νq,m,n được thực... Nhận xét: • Trong phương trình (2.64) (2.65), số hạng đầu của vế phải mô tả tương tác giữa 2 phonon cùng loại (phonon âm phonon âm, phonon quang phonon quang) , số hạng thứ hai mô tả tương tác giữa 2 phonon khác loại (phonon âm phonon quang) • Nếu bỏ qua tương tác giữa các phonon cùng loại chỉ xét đến tương tác giữa các phonon khác loại thì trong số hạng thứ nhất của vế phải của 2 phương... −q,m,n ) là năng lượng tương tác giữa điện tử phonon âm bị giam giữ He−op = k,α,α ,q,m,n γ I1D (q)c+ c (b + b+ −q,m,n ) là năng lượng k+q,α k,α q,m,n tương tác giữa điện tử phonon quang bị giam giữ εα (k − e c A(t)) là phổ năng lượng của điện tử trong trường ngoài c+ ck,α lần lượt là toán tử sinh hủy điện tử k,α + aq,m,n aq,m,n lần lượt là toán tử sinh hủy phonon âm b+ q,m,n bq,m,n lần... phonon- phonon Chỉ xét cộng hưởng bậc 1 trong bài toán cộng hưởng tham số của hai loại phonon 6 Bố cục luận văn Ngoài các phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, phần nội dung chính của Luận văn gồm có ba chương Chương 1 trình bày những vấn đề tổng quan Chương 2 trình bày phần tính giải tích cộng hưởng tham số của phonon âm phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật Chương 3 trình... trình bày các kết quả tính số thảo luận 8 Chương 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN Chương này trình bày một số kiến thức cơ sở của dây lượng tử, biểu thức của phổ năng lượng hàm sóng của điện tử, Hamiltonian của phonon bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật 1.1 Tổng quan về dây lượng tử 1.1.1 Bán dẫn thấp chiều Hệ bán dẫn thấp chiều thường được tạo ra bằng phương pháp Epitaxy, trong đó các lớp mỏng... ,q,m,n (2.1) trong đó: k = (0, 0, kz ), q = (0, 0, qz ) lần lượt là xung lượng của electron phonon bị giới hạn theo trục của dây (trục z) He = α,k εα (k − + e c A(t))cα,k cα,k là năng lượng của các điện tử không tương tác Hac = q,m,n ωq,m,n a+ aq,m,n là năng lượng của các phonon âm bị q,m,n giam giữ không tương tác Hop = q,m,n + νq,m,n bq,m,n bq,m,n là năng lượng của các phonon quang bị giam giữ không... nhiều dây lượng tử có tính chất tốt bằng nhiều cách khác nhau Ví dụ: từ một lớp giếng lượng tử nhờ kỹ thuật lithography (in li-to) photoetching (quang khắc), người ta tạo ra được các dây lượng tửhình dạng khác nhau mà phổ biến là dây hình chữ nhật dây hình trụ Một loại dây lượng tử khác có thể được tạo ra bằng cách định hình trước khi cho tinh thể lớn dần lên Đây là loại dây răng cưa chữ V . QUANG BỊ GIAM GIỮ TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬTChương này trình bày về Hamiltonian của hệ electron -phonon bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật. giải tích cộng hưởng tham số của phonon âm và phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật. Chương 3 trình bày các kết quả tính số và thảo luận.8Chương
- Xem thêm -

Xem thêm: cộng hưởng tham số của phonon âm và phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật, cộng hưởng tham số của phonon âm và phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật, cộng hưởng tham số của phonon âm và phonon quang bị giam giữ trong dây lượng tử hình chữ nhật

Từ khóa liên quan