Взаимодействие и локализация электромагнитных солитонов в окрестности слоев неоднородности в наноэлектронных устройствах на основе полупроводниковых сверхрешеток

• Автор: Капля, Егор Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 111 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ:

Глава 1. Электромагнитные солитоны в полупроводниковых

сверхрешётках

1.1. Свойства полупроводниковых сверхрешёток

1.2. Уравнение электромагнитной волны,

распространяющейся в полупроводниковой сверхрешётке

1.3. Электромагнитные солитоны в сверхрешётке

1.4. Затухание солитона в полупроводниковой сверхрешетке

1.5. Энергетический анализ процесса распространения солитона

в полупроводниковой сверхрешётке

1.6. Движение солитона во внешнем электрическом поле
1.7. Взаимодействие солитонов
в полупроводниковой сверхрешётке
1.8. Прохождение одиночным солитоном
поперечного слоя неоднородности сверхрешётки
Глава 2. Исследование возможности создания солитонных
запоминающих устройств
2.1. Типы существующих устройств памяти
2.2. Конструкция и принцип действия ячейки солитонной памяти
2.3. Методика моделирования работы ячеек
2.4. Локализация солитона в ячейке
2.5. Извлечение солитона из ячейки
2.6. Расчёт управляющих токов
2.7. Конструкция солитонного устройства памяти
2.8. Выводы
Глава 3. Солитонная линия задержки на основе полупроводниковой
сверхрешётки
3.1. Солитонные линии связи
3.2. Назначение линий задержки

3.3. Конструкция солитонной линии задержки
3.4. Период колебаний солитона в ячейке
3.5. Продолжительность задержки солитонов
3.6. Прохождение солитона через набор близкорасположенных
поперечных слоев неоднородности
3.7. Распространение солитонов в многозвенных ШХ-цепях
3.8. Выводы
Глава 4. Взаимодействие электромагнитных солитонов в окрестности
поперечного слоя с повышенной концентрацией носителей заряда
4.1. Столкновение солитонов вблизи слоя неоднородности
4.2. Критическое значение параметра неоднородности
4.3. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение А. Моделирование работы элемента солитонной памяти на основе полупроводниковой сверхрешётки в математическом пакете МаШСаб

Актуальность темы. Интерес исследователей к полупроводниковым сверхрешёткам вызван особенными свойствами сверхрешёток, отличающими их от однородных полупроводников. Вид электронного энергетического спектра полупроводниковых сверхрешёток делает возможным распространение в них электромагнитных солитонов. Стремительное развитие нанотехнологий оправдывает надежды на практическую реализацию новых электронных устройств на основе полупроводниковых сверхрешёток. Эти перспективы имеют непосредственное отношение к информационным технологиям. Поиск физических принципов функционирования устройств обработки информации на основе полупроводниковых сверхрешёток может стать одним из направлений исследований, ведущих к созданию вычислительных систем нового поколения.
Цели исследования:
1. Теоретический анализ процесса управляемой локализации электромагнитных солитонов, распространяющихся вдоль слоёв полупроводниковой сверхрешётки с набором поперечных слоёв неоднородности, имеющих повышенную концентрацию носителей заряда.
2. Исследование возможности создания солитонных запоминающих устройств на основе полупроводниковых сверхрешёток.
3. Выявление особенностей взаимодействия электромагнитных солитонов в окрестности слоёв неоднородности полупроводниковой сверхрешётки.
Объекты исследования:
Уединённые электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль слоёв полупроводниковой сверхрешётки с набором поперечных неоднородностей.
Научная новизна. Впервые:
Предложен новый тип запоминающего устройства, основанный на записи информации, представляемой в виде электромагнитных солитонов. В качестве нелинейной среды элемента памяти взята полупроводниковая сверхрешетка.
Предложен и обоснован новый тип линии задержки на основе полупроводниковой сверхрешётки, предназначенной для задержки солитонных импульсов. Солитонная линия задержки позволяет изменять порядок слов и отдельных бит в информационном потоке.
Обнаружен эффект изменения порогового значения концентрации носителей заряда в слое неоднородности полупроводниковой сверхрешётки для взаимодействующих в окрестности этого слоя электромагнитных солитонов при изменении разности фаз солитонов.

Область действия электрического тока при извлечении солитона отмечена на пространственно-временной карте прямоугольником в третьей ячейке на интервале дизв е [49;57]. Влияние тока ограничено промежутком времени тюв е[1380;1404].
В результате включения тока амплитуда солитона становится больше порогового значения Ёкр. При Ё>Ёкр солитон преодолевает ГУ-ый слой неоднородности ПСР,
ограничивающий третью ячейку, и покидает ячейку. На рисунке 2.16 изображён график зависимости амплитуды напряжённости электрического поля солитона от времени при извлечении.
Рис.2.16. Изменение амплитуды солитона при извлечении из третьей ячейки.
Извлечённый солитон проходит остальные слои с повышенной концентрацией электронов и регистрируется на выходе.
Кроме рассмотренного примера локализации и извлечения одиночного электромагнитного солитона было выполнено множество опытов с другими размерами ячеек и различными начальными условиями. Исследовалась локализация нескольких солитонов в различные ячейки с последующим их извлечением. Моделирование этих процессов показало, что при прохождении солитона сквозь ячейки, занятые другими солитонами, повреждения формы этих солитонов не происходит. Однако, при малом запасе высоты потенциальных барьеров, соответствующих границам ячеек по отношению к запертым в них солитонам, при взаимодействии солитонов вблизи слоев неоднородности ПСР возможно незапланированное извлечение локализованных в ячейках солитонов.