Вопросы теории туннелирования электронов в СТМ

• Автор: Мурясов, Руслан Рахимович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Распределение поля в полупроводнике вблизи поверхности
при больших туннельных токах
1.1 Постановка задачи. Общие уравнения
1.2 Плоская геометрия (Одномерный расчет)
1.3 Цилиндрическая геометрия (Двумерный расчет)
1.4 Сопоставление постановки задачи с условиями эксперимента
ГЛАВА 2. Эффективный туннельный потенциал в СТМ
2.1 Постановка задачи. Общие уравнения
2.2 Расчет эффективного туннельного потенциала для кристалла
2.2.1 Вычисление асимптотики
2.2.2 Вычисление ЭТП
2.2.3 Исследование координатной зависимости ЭТП
2.3 Вклад различных гармоник поверхностной блоховской функции
в ЭТП
2.4 Вклад различных гармоник поверхностной блоховской функции
в формирование туннельного тока
ГЛАВА 3. Туннелирование электрона сквозь атомы и
молекулы - подбарьерное рассеяние
Введение
3.1 Описание метода
3.2 Подбарьерное рассеяние на атомах Н и Не
3.3 Численные результаты
3.4 Обсуждение

ГЛАВА 4. Об экспериментальных возможностях наблюдения
одиночных спинов в СТМ
Введение
4.1 Физические основы эффекта
4.2 Возможности наблюдения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая работа содержит четыре части, которые, на первый взгляд, имеют самостоятельное значение, но истоком и конечной целью каждой является теория туннелирования электрона в сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Несмотря на то, что туннелирование как явление было описано сразу после создания основ квантовой механики в 20-х годах, его практическая реализация осуществлялась по мере развития соответствующих технологий. Так, например, туннельный диод был изобретен в 1957 г. (J1.Эсаки), а СТМ (сканирующий туннельный микроскоп) был разработан в 1981г. (Binning, Rohrer) [1]. Оба изобретения удостоены Нобелевской премии. Следует также отметить, что туннелирование играет важную роль не только в вышеуказанных системах, но и во многих физических процессах: а -распад, термоядерные реакции, химические реакции [2,3], разнообразные явления в твердых телах и сверхпроводниках [4], а также в биосистемах [5]. В настоящее время туннельный микроскоп является объектом пристального изучения, как экспериментаторов, так и теоретиков. С одной стороны, он является прорывом в области нанотехнологий, а с другой - обширным полем деятельности для фундаментальной науки (как физики и химии поверхности, так и теории туннелирования).
Существуют различные методы исследования поверхности [6-8]. Чтобы определить место СТМ в физике поверхности отметим основные из них:
❖ Исследования структуры поверхности, как правило, осуществляется с помощью дифракционных методов (дифракция медленных электронов; малоугловая отражательная дифракция быстрых электронов; дифракция атомов гелия с длиной волны де Бройля, сравнимой с параметром решетки на поверхности; малоугловая дифракция синхротронного рентгеновского излучения).
❖ Для анализа химического состава и дефектов поверхности используются различные спектроскопические методы:
♦ Возбуждение внутренних оболочек атомов поверхности рентгеновским излучением или быстрыми электронами + последующий спектро-

5<р=0.08 V го=120А
Рис.7 Зависимость плотности электронов в приповерхностном слое полупроводника от глубины г для различных значений тока и ширины зазора (двумерный расчет).