Проявление электрон-фононного взаимодействия в квантово-размерных структурах

• Автор: Старчук, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тирасполь
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Глава I. Электрон-фононное взаимодействие в размерно-ограниченных системах

§ 1. Электрон-фононное взаимодействие на контакте двух полярных кристаллов в полярной пластине и в многослойной полярной
структуре

§ 2. Электростатический потенциал в цилиндрических многослойных

структурах
§ 3. Проблема учета фононного экранирования кулоновского взаимодействия в полярных структурах пониженной размерности (проблема поляронного экситона)

3.1 Предел Хакена

3.2 Предел Майера

3.3 Эффективный гамильтониан электрон-дырочного взаимодействия при произвольном отношении аех/^е5ц

3.4 Энергия связи поляронного экситона на контакте двух

кристаллов
§ 4. Особенности поляронных состояний в квантовых ямах
§ 5. Специфика сил изображения (сил самовоздействия) в квантовых
структурах
5.1 Потенциальная энергия самовоздействия заряда
ГЛАВА II. Исследование явлений переноса носителей зарядов в
пространственно-неоднородных системах
§ 6. Рассеяние электронов полярными оптическими фононами в структурах с квантовыми ямами
6.1. Введение
6.2.Гамильтониан и волновые функции

6.3. Коэффициент рассеяния и скорость релаксации импульса
6.4. Результаты и обсуждение
§ 7. ИК-поглощение свободными носителями заряда с участием оптических фононов в структурах с квантовыми ямами
7.1 Введение
7.2 Гамильтониан и волновые функции
7.3 Вероятность поглощения света
7.4 Результаты и обсуждение
Глава III. Квантовые силы изображения в авто- и термоэлектронной
эмиссии на границе металл-диэлектрик
§ 8. Проявление квантовых сил изображения в авто- и термоэлектронной эмиссии на границе металл-диэлектрик (теория и эксперимент)
8.1 Введение
8.2 Электронная эмиссия на контакте металл - диэлектрик
Глава IV. Кулоновское взаимодействие в полярных полупроводниковых
квантовых нитях
§ 9. Экситонные состояния Ванье-Мотта в квантовых нитях: теория и эксперимент
9.1 Введение
9.2 Гамильтониан
9.3 Вывод эффективного потенциала электрон-дырочного взаимодействия
9.4 Энергия связи экситона в квантовой нити
9.5 Сравнение теории и эксперимента
Заключение
Литература
Приложение
Список публикаций по теме диссертации

Актуальность темы исследования. Квантование электронного спектра сильно меняет характер физических процессов, и роль процессов квантования электронного спектра в наносистемах была хорошо и глубоко изучена. В то же время, в наносистемах меняется также и колебательный спектр - кроме объемных, появляются поверхностные моды. Для наносистем из полярного вещества последние оказывают очень сильное воздействие на кулоновское взаимодействие электронов и дырок, а также на их собственные состояния в этих системах (поляронный эффект).
Как показано в диссертационной работе, правильное объяснение оптических спектров в таких системах и экспериментальных измерений энергий состояния электрон-электронного и электрон-дырочного взаимодействий может быть дано только с учетом перенормировки как электронного, так и колебательного спектров, несмотря на сложность математических расчетов.
Использованные ранее модели с приближенными гамильтонианами электрон-фононного взаимодействия не могли вскрыть роль поляризационных размерных эффектов, а также влияние соседних сред на электрон-дырочно-фононные состояния в наноструктурах различной геометрии (квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки и т.д.). Точные гамильтонианы позволили всесторонне исследовать эти явления и предсказать возможность их прикладного использования для создания новых электронных приборов.
Объекты исследования. В работе теоретически исследованы кинетические свойства одиночных квантовых ям на основе ОаАБ/А^Са^Аз, вольтамперная характеристика контакта металл-диэлектрик и экситонные состояния в квантовых нитях.

Как видно из рис. 6.2, поведение , т.е. величины коэффициента рассеяния на объёмных оптических фононах, полученной при помощи гамильтониана (6.5), в целом соответствует поведению коэффициента
рассеяния полученного на гамильтониане с перенормированными

фононами. Скачок У при Ек /7г<йд= 1 обусловлен возможностью рассеяния электрона с излучением фонона для внутриподзонного рассеяния. Ряд более мелких скачков связан с меньшими по величине вкладами от межподзонного
V я
рассеяния. Соответствующие скачки IV и IV возникают при открытии законом сохранения энергии-импульса каналов рассеяния, связанных с
подзонами размерного квантования, соответствующим т > 1. Поведение обнаруживает рост значения межподзонного рассеяния с увеличением Ек/Ьсод и увеличением числа каналов рассеяния; вместе с тем, при
V я
достаточно больших Ек /Йсод величина IV , также как и IV 1, падает
вследствие общего ослабления ЭФВ с ростом скорости электрона. В пределе
больших с1 результаты настоящей работы совпадают с результатами работы
/48/. Отметим, что рассеяние на поверхностных оптических фононах является
преимущественно внутриподзонным (вклад межподзонного рассеяния более
чем на порядок меньше, чем вклад внутриподзонного рассеяния при с/ <
нм). Физической причиной этого явления является плавный характер
координатной зависимости потенциала поверхностных фононов, не
обеспечивающий «перемешивания» ортогональных волновых функций в
матричных элементах, вычисляемых на гамильтониане взаимодействия с
поверхностными оптическими фононами.
На рис. 6.3 приведены зависимости коэффициентов рассеяния
цгУ 1 ? цгК,1¥Т = 1¥^ от с1. Коэффициент рассеяния
на конфайнмент оптических фононах, как указано выше, стремится к нулю при достижении с1 величин порядка радиуса объемного полярона