Магнитный и электродинамический отклик в наноструктурах

• Автор: Маргулис, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 291 с. : ил

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Магнитный отклик наноструктур

1.2 Оптические внутризонные переходы в наноструктурах

1.3 Баллистический электронный транспорт в наноструктурах

1.4 Квазибаллистический и диффузный механизмы

электронного транспорта в наноструктурах

2 МАГНИТНЫЙ ОТКЛИК НАНОСТРУКТУР

2.1 Магнитный отклик параболической квантовой ямы в наклонном магнитном поле

2.2 Магнитный отклик квазиодномерной наноструктуры в наклонном магнитном поле
2.3 Магнитный отклик и теплоемкость квазидвумерных наноструктур
2.4 Магнитный момент двумерной параболической квантовой ямы
в перпендикулярном магнитном поле
2.5 Магнитный отклик трехмерной квантовой ямы
2.6 Магнитный отклик квантовой сферы и эллипсоида вращения .
2.7 Магнитный отклик квантового цилиндра
2.8 Магнитный отклик квантового кольца ненулевой ширины . . .
3 ОПТИЧЕСКИЕ ВНУТРИЗОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ
В НАНОСТРУКТУРАХ
3.1 Внутризонное поглощение электромагнитного излучения в ква-зидвумерной наноструктуре
3.2 Гибридные резонансы в трехмерной анизотропной квантовой ямеІЗЗ
3.3 Внутризонное поглощение электромагнитного излучения
в трехмерной квантовой проволоке, помещенной в продольное магнитное поле
3.4 Внутризонное поглощение электромагнитного излучения
в квантовом цилиндре
4 БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ
В НАНОСТРУКТУРАХ

4.1 Баллистический электронный транспорт в параболической квантовой проволоке
4.2 Баллистический электронный транспорт квантовой проволоки, помещенной в продольное магнитное поле
4.3 Баллистический электронный транспорт в квантовой проволоке, помещенной в произвольно ориентированное магнитное поле
4.4 Электронный транспорт через микросужение в произвольно ориентированном магнитном поле
4.5 Баллистический кондактанс квантового цилиндра
в параллельном магнитном поле
4.6 Баллистический кондактанс квантовой сферы с присоединенными одномерными проводниками
5 КВАЗИБАЛЛИСТИЧЕСКИЙ И ДИФФУЗНЫЙ МЕХАНИЗМЫ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУРАХ
5.1 Рассеяние носителей заряда в полупроводниковых наноструктурах
5.2 Проводимость электронного газа в квантующем магнитном поле
при рассеянии на точечных дефектах
5.3 Рассеяние на одиночной примеси в квантовом канале, помещенном в магнитное поле
5.4 Транспорт в трехмерной квантовой проволоке при рассеянии
на одиночной точечной примеси
5.5 Диффузный и квазибаллистический транспорт в квантовой проволоке, помещенной в продольное магнитное поле
5.6 Квазибаллистический электронный транспорт в трехмерном микросужении
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1. Актуальность темы.
В последнее десятилетие физические свойства наноструктур стали объектом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований. Это связано с тем, что в этой области физики конденсированных сред был открыт целый ряд необычных физических эффектов, обусловленных электронными свойствами наноструктур. Здесь можно отметить такие открытия, как целый и дробный квантовый эффект Холла, эффект Ааронова-Бома в мезоскопических квантовых кольцах, квантование кондактанса в двумерных каналах, а также в трехмерных проволоках и сужениях.
Продвижение в области нанотехнологии позволило создать наносистемы в полупроводниковых гетероструктурах (квантовые ямы, нити, точки, кольца) и мезоскопические углеродные системы (фуллерены и нанотрубки).
В связи с этим можно утверждать, что созданы новые классы искусственных материалов с уникальными физическими свойствами.
Исследование физических свойств наноструктур имеет важное значение для создания новых типов электронных устройств. Ряд наноструктур (сверхрешетки, квантовые ямы, точки и проволоки) уже используются в полупроводниковой нанотехнологии, другие (квантовые каналы, наносферы, фуллерены) - имеют такие физические свойства, которые позволяют прогнозировать их будущее использование в электронной технике. Полагается, что основу компьютеров будущих поколений будут составлять.элементы, образованные из массивов наноструктур. В связи с этим ясно, что электронные свойства наноструктур должны быть изучены предварительно по отношению к созданию технологии их производства.
2. Цель работы.
Целью работы является теоретическое исследование равновесных, транспортных и оптических характеристик электронов в наноструктурах различных типов (ямы, проволоки, сужения, наносферы). Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
1) подобрать подходящие модели электронного конфайнмента для описания законов дисперсии электроннов в наноструктурах и получить аналитический вид этих законов;
2) найти удобные для дальнейшего исследования аналитические выра-

L Нш
2 uii

7i (n)

Ti^uiJ

(1ГПШ
I —'7i -

/ m ^2 — Q2 / 7rna;i

72 (m)

wf — o2"

(2.1.18)
где введены обозначения
7i(n) = sinh~1(2n2nT/hu>i) sin[7m(2/A — hui — hu>2)/hu>i],
72(n) = sinh~1(2K2nT/hu>2)sm[nn(2ii — /год — tvuj?)//^2] ,
7з[n) = smh-1(27r2nfrjhuii cos[nn(2p — hui] — ,
74(n) = sinh_1(27r2rar/?la;2) cos[7rn(2^ — Йсщ — h,ui2) / huißl ■ (2.1.19)
В малой окрестности точки, где тод = п^2, выражение (2.1.16) имеет вид
2Г(п, т)
Ogsc = _ т5^Т cos #

' та + nß
,171=

7г nß
71 +

(2.1.20)

Г(п,т) = 7rasinh 1 -я-2 cosh

n m а + ß

n m m'a + J
Как видно из полученных выражений для магнитной восприимчивости, все они немонотонно зависят от поля В, угла д и параметра По» что обусловлено осциллирующими множителями под знаком сумм в т{(п) или Г(п,т). Типичные зависимости приведены на Рис.2.2. Из выражений (2.1.2) вытекает, что в области больших углов д ~ 7г/2, когда поле почти параллельно плоскости конфайнмента, ui2 также мало. В этой области нарушается условие квантования hui Т и, следовательно, выражение (2.1.18) становится неприменимым. Очевидно, что для этой области необходимо провести отдельные вычисления, которые соответствуют случаю, когда Bz мало или равно нулю.
4. Случай параллельного поля
Энергетический спектр электронов в этом случае имеет вид [157]

£(п,рх,Ру) = Низ(п + 1/2) +

Рх + ^2 Ру
(2.1.21)