Квантовый транспорт в вертикальных двойных квантовых точках на основе арсенида галлия при сверхнизких температурах

• Автор: Бадрутдинов, Александр Олегович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ НА ОСНОВЕ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
1.1 Структура квантовых точек
1.2. Квантование энергии в квантовых точках
1.3. Модель постоянного взаимодействия
1.4. Спиновые состояния в одиночной квантовой точке
1.5. Двойные квантовые точки
1.6. Спиновые состояния в двойных квантовых точках
1.7. Явление спиновой блокады
1.8. Взаимодействие электронного спина с окружением
1.8.1. Спин-орбитальное взаимодействие
1.8.2. Сверхтонкое взаимодействие
1.8.3. Заключение о механизмах и характерных временах
1.9. Динамическая ядерная поляризация в квантовых точках
1.9.1. Динамическая поляризация оптической накачкой
1.9.2. Электрически контролируемая динамическая поляризация
ГЛАВА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ОБРАЗЕЦ
2.1. Устройство установки
2.2. Тепловой ключ
2.3. Платиновый ЯМР-термометр
2.4. Фильтрация шума
2.5. Образец
ГЛАВА
СПЕКТРОСКОПИЯ КВАНТОВОЙ ТОЧКИ В ОТСУТСТВИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

3.1. Диаграмма зарядовой стабильности
3.2. Эффекты сотуннелирования
ГЛАВА
СПЕКТРОСКОПИЯ КВАНТОВОЙ ТОЧКИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
4.1. Энергетический спектр в магнитном поле
4.2. Расщепление Зеемана
4.3. Охлаждение в область сверхнизких температур
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Развитие микроэлектроники в целом можно охарактеризовать двумя приоритетными направлениями: увеличение производительности системы и (или) уменьшение ее размеров. За более чем пол столетия интенсивного, развития вычислительная система эволюционировала от громоздкой стационарной до элегантной портативной, при этом темпы подчас опережали все ожидания. Возможность такого колоссального прогресса определялась в первую очередь развитием технологий по созданию все более миниатюрных структур. Насколько нам известно из квантовой физики, изменения, происходящие в системе по мере уменьшения ее размеров, носят не только количественный характер: при достаточно малых размерах проявляются квантовые свойства вещества, что приводит к качественно иной физике.
На сегодняшний день известно большое количество искусственно созданных систем, размеры которых достаточно малы для того, чтобы в них наблюдались квантовые явления. Подобные системы получили в литературе обобщенное название квантовых точек, или искусственных атомов. К квантовым точкам можно отнести: одиночные молекулы, захваченные между электродами [1], металлические [2], сверхпроводящие [3,4] и ферромагнитные наночастицы [5], самособирающиеся (self-assembled) квантовые точки [6], полупроводниковые горизонтальные [7] и вертикальные [8] точки, а также полупроводниковые нанопроволоки и углеродные нанотрубки [9,10,11]. Исследования каждой из них являются обширным полем научной деятельности.
Данная работа посвящена изучению полупроводниковых квантовых точек, изготовленных на основе арсенида галлия (GaAs). Полупроводниковая квантовая точка образуется созданием в объеме полупроводника трехмерного потенциального профиля, характеризующегося наличием потенциальной ямы мезоскопических размеров, отделенной от остального пространства энергетическими барьерами. Электроны проводимости локализуются в потенциальной яме, при этом их количество может контролироваться поштучно,

электронных состояний, сохраняя при этом полную энергию системы при переходе. Рассеяние энергии, как правило, происходит в резервуар фононов. Также могут иметь место процессы, связанные с поглощением фотонов, микроволнового или радиочастотного диапазона [28]. Отметим, что при низких температурах число фотонов и фононов в равновесном состоянии мало. В общем, неупругое туннелирование является процессом второго порядка, поэтому скорость неупругого туннелирования много меньше скорости упругого туннелирования. Однако, при отсутствии в системе совпадающих уровней химического потенциала, именно неупругое туннелирование определяет зарядовый транспорт через двойную точку.
Скорость неуиругого туннелирования между точками чувствительна к плотности и вероятности заселенности состояний фотонов и фононов. Таким образом, двойная квантовая точка может быть использована как зонд окружающей полупроводниковой среды [28] или как шумовой детектор [29,30]. Зондируемый энергетический интервал определяется разностью между уровнями двух точек, которая регулируется управляющими напряжениями, позволяя исследовать широкий диапазон энергетического спектра с высоким разрешением (порядка 1 мкэВ).