Моделирование оптических свойств квантовых нитей простых металлов

• Автор: Смогунов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 151 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ
1.1 Основные методы теоретического исследования электронных свойств квантово-размерных систем
1.2 Теория функционала плотности
1.3 Модели квантово-размерных систем
1.3.1 Модели, учитывающие атомную структуру
1.3.2 Континуальные модели
2. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НИТЕЙ
2.1 Формализм расчета электронной структуры цилиндрических нитей-” желе”
2.2 Методика решения самосогласованных уравнений Кона-Шэма
2.3 Электронноя плотность и одночастичные потенциалы
2.4 Потенциал ионизации и ширина заполненной энергетической области
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НИТЕЙ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
3.1 Расчет взаимодействия цилиндрических нитей-”желе” с электромагнитным полем
3.2 Вычислительные аспекты расчета линейного отклика цилиндрических нитей-” желе”
3.2.1 Вычисление радиальных функций Грина
3.2.2 Учет конечного времени жизни возбужденных состояний
3.2.3 Построение итерационного процесса и методы улучшения сходимости

3.3 Металлические нити в постоянном электрическом поле
3.3.1 Коэффициент экранирования электрического поля
3.3.2 Статическая поляризуемость нитей
3.3.3 Влияние среды на поляризуемость нитей
3.4 Оптические свойства металлических нитей
3.4.1 Спектры фотопоглощения
3.4.2 Поверхностные плазменные колебания
3.4.3 Парциальные сечения фотопоглощения
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Быстрое развитие нанотехнологий сделало возможным создание квантово-размерных электронных систем различной эффективной размерности и стимулировано их дальнейшее теоретическое и экспериментальное исследование.
Известно, что многие физические свойства конденсированных сред определяются энергетическим спектром квазичастиц и их взаимодействием между собой. Эффективная размерность электронной системы существенно влияет на характер энергетического спектра квазичастиц. В частности, понижение размерности электронной системы приводит к уменьшению числа конечных состояний при рассеянии электронов и, следовательно, к увеличению электронной подвижности [1,2], делая такие системы перспективными при создания быстродействующих элементов в микро- и наноэлектронике. Кроме того, от размерности и симметрии системы значительно зависят как размерное квантование энергетического спектра, так и одночастичные потенциалы внутри системы и на больших расстояниях от нее. Так, вследствие увеличения напряженности эффективного кулоновского поля во внутренней области при уменьшении размерности в полупроводниках наблюдается значительное возрастание энергии связи примесных атомов [3,4]. Эти и другие особенности делают свойства низкоразмерных систем весьма нетривиальными и открывают широкие перспективы для их использования в самых разных областях физики. В частности, на основе низкоразмерных систем ведется активная разработка новых типов люминесцирующих экранов, солнечных батарей, различного рода фотодетекторов и фотоумножителей.
Следует отметить, что в отличие от атомных кластеров и тонких пленок, исследованию которых посвящено довольно большое число работ, изучение квантовых нитей, по сути, только начинается. При этом основное

ложенные в работах [64] (модель ’’псевдожеле”) и [65] (’’стабилизированное желе”) позволили получить корректные результаты при расчете когезионных свойств металлических кластеров с любой плотностью электронов. В обоих подходах учет влияния ионных остовов на свойства металла в модели ’’желе” проводился посредством введения в энергетический функционал добавок, параметры которых определялись путем подгонки энергетических характеристик модели ’’желе” к свойствам реальных массивных металлов.
Следует отметить, что многие качественные выводы модели ’’желе”, такие как оболочечный характер электронной структуры металлических кластеров, увеличение статической поляризуемости и сдвиг в ’’красную” область частоты поверхностного плазмона для кластеров по сравнению с классическими значениями, подтверждаются псевдопотенциальными расчетами [9,66,67] и экспериментальными данными. Однако, количественные предсказания модели ’’желе” оставляют желать лучшего. С целью достижения лучшего согласия расчетов с экспериментом были предложены различные видоизменения модели ’’желе”. Одним из приближений модели ’’желе” является распределение положительного заряда в виде ступеньки с резким краем. В работе [68] рассматриваются различные возможности размытия резкого края ’’желе”-сферы, которые позволяют увеличить просачивание электронной плотности за пределы ’’желе” и тем самым добиться лучшего согласия расчетов с экспериментальными исследованиями. Такое приближение по своей сути является по большей части феноменологическим.
Более обоснованными являются попытки улучшения предсказаний модели ’’желе” путем учета псевдопотенциала ионных остовов без существенных усложнений расчетов [44-46,69,70]. В модели ’’желе” предполагается, что положительный заряд фона создает лишь кулоновский потен-