doc 19 3402

80 GIAO DUC vA DAo TAO D~ HQCQuacGIA TP HCM TRuONG D~I HQC KHOA HQC Tt!NHIEN CAO BUY THll;N , , '''' A''''" 7 , '''' TINH CHAT D~N VA QUANG CUA T~p CHATVA A K 7 EXCITON TRaNG DAY GIENG LUQNG TV A" "'''', A'''' , Chu[.]

80 GIAO DUC vA DAo TAO

TRuONG D~I HQC KHOA HQC Tt!NHIEN

CAO BUY THll;N

TINH CHAT D~N VA QUANG CUA T~p CHAT VA

EXCITON TRaNG DAY GIENG LUQNG TV

1!:):~;,H~:rl!-Nt>:-"~

\

TUE?'\!'r-~' (

'

1 n 1 1 ;,-, ;", ' it j

C - - . ,, ,- I

-~-_J

, -!: A' '" -A'

TOM TAT LUhN AN TIEN SI V~T LY

, '" '" , THANH rHO HO CHI MINH - 1999

Lu~n an duqc ho~mthanh t~i ~ mOll V~t 19 L9 thuy€t, Khoa V~t 19, Truemg D~i hQc Khoa hQc 1\r nhien, D~i hQc Qu6c gia TP H6 Chi Minh va Phong V~t 19 L9 thuy€t, Phan vi~n V~t 19 TP H6 Chi Minh, Trung tam Khoa hQCva C6ng ngh~ Qu6c gia.

Ngll'Oi hl16'ng dfin khoa hQc : 1 GSTS Tr~n Tho~i Ouy Bao

2 PGS PTS Nguy~nNhl)tKhanh

Phan bi~n 1 : (;, ~IS N~.~ A,: ':J;e}

\1 '(\ \r<' r ~ r - H - N,n.,

" h~ "" .'10.: ~ A (t)

, /', ';)'- N' ~~ N /L '

Phan bl~n 2: .ti$ t.I.S

~ eoo at:)c ':'C1~o ,

J\ ' I <,,' Q-7~TP II~"'" 1'14' J

t"R(.l t\~( uo.:: c11a rm ht'ltl ,.I,".J.h

Ph~mbi~n 3 : />.4<;.p.rS N ~':f/ll 4}ai h.f?( ~ .~~.'IM Tt ffi clu.MI.~J,.,' .11-hJ.c N. l.f-!l?"""":j

LU~11an se duqc bao ~e ~i H<)id6ng C

.) ~Y'.I!-~ J~Qf Kbc<~ J C1- J!" N ~ 7 .' {-J;; clv '!t.h

vao h6i f! giG &1> ngay 2 thang.l~ nam 199~.

C6 th~ tlm hi~u lu~n an ~i Thu vi~n Truemg D~i hQc Khoa hQc TV nhien, D~i hQc Qu6c gia TP H6 Chi Minh va Thu vi~n T6ng hqp TP H6 Chi minh.

Md DAU

Trong VIDnam g!in dfiy, sl! ti~n b() trong cac ky thu~t nuOi tinh the cho phep thl!c

.' hi~n cac vi cffu trUc ban dan nho Mn muc ma cac tfnh cMt di~n va quang hQc thay ddi dang ke so vcri cac v~t li~u ban dAftkh6i M()t trong cac vi cllu trUc nay la cac

h~ dfiy gi~ng luqng tU (quantum-well wire (QWW» Trong cac h~ nay, cac h~t till bi

giam nMt trong 2 chieu khOng gian, sl! chuyen dQng tinh ti~n theo lr\Ic dfiy thAng g6c vcrimiJt phAng giam nh6t Iii tl! do

SI! thanh cOng trong vi~c cM t~o ra cac QWW dii cho phep ngueri ta sir d\mg chung trong cac d\mg c\l ban dAn, d6ng thCriqUail sat duqc nhieu hi~n tUqng ky I~ obu Hnh cMt phi tuy~n quang hQc, vi v~y, t~o nen mOt sl! qUail tfim dang ke trong vi~c nghien CUllIy thuy~t cfing nhu thl!c nghi~m ve cac tmh cMt di~n va quang hQc cua chUng

Trong lanh VlJcly thuy~t, cac c6ng trinh nghien CUlltrucrc dfiy thuCrngsir d\lng

mO hinh rao thtgiam nh6t vO h~ hoiJc hiiu h~n c6 tfnh d6i XU-figcao nhu QWW tr\l,

QWW chli nh~t vcri rao th~ vO h~n D6i vcri cac QWW rao tht hiiu h~ c6 Hnh bIll

d6i xU"ngnhu QWW cM nh~t, QWW be m~t , kh6 khan cClban mang Hnh chIll Iy thuytt la vi~c giro phuClngtrlnh SchrOdinger 2 chieu de dc djnh tr~g thai Dang luqng cua h1;lttai De khiic ph\lc kh6 khan nay, chUng tOi sir d\lng g!in dung TlJa-Hartree dii dltqc Bastard va Marzin dua ra gan dlly k€t hqp vcri phlfClngphilp bitn thj~n de xac

dinh tr1;lngthai Dang htqng cua h~ t1;lPcMt Ben c~h do, anh hubng cua di~n truerng ngoai left t~p chIll va exciton cfing duqc chung tOi xem xet bi'rivi tr~g thai di~n cua h~ thuerng duqc thiim do bang vi~c sir d\lng mOt tfUerngngoai

Ducri ki'ch thi'ch laser m~nh trong cac Mban dAfthinh thanh plasma di~n tir-lei

tr6ng d~l.mdiJ.c,khi do do cac hi~u U"ngtlfClngquan-trao ddi va SI!cMn clla tuClnglac

Coulomb, nhieu tinh cMt dClnh~t clla h~ bi Mi chunn h6a nhlf khe dai se bi co I~i ducri lac dOng clla cac hi~u U"ngnay va vi v~y clAnMn hi~u U"ngphi tuytn quang hQc Trong cac h~ ban clAnc6 CI!Cnhu GaAs sl! lien ktt gilia plasmon di~n tU-leitr6ng va phonon quang hQc dQc (phonon La) cling la mOt hi~u U"ngdang qUail tfim D6i vcri QWW, cac hi~u U"ngnay dii duqc qUail tfim nghien CUlltrong m()t vai flam rIll gall

1

dRy, IllYnhien trong cac cOng trlnh nay, ngum ta thuoog sit d\mg cac glin dung khac

nhall nhu gdn dung tinh, glin dung €o-giAtinh Ngoai fa, nhu dii bi~t m<)tdiJc tr\1ng

quaD trQng CURcac h~ IMp chi~u la cA'utrUc dAi con CURcac dID dAn va boa tr!, hi~u tffig plasmon di~n tit-16 tr6ng vl v~y se anh hm1ng I~n d<)tlii chuAn hoa dAi con va

Himthay d6i pM quang hQc CURh~ Cho Mn nay, d6i vOOcac h~ QWW, d<)tlii chuiIn h6a d:',i con chi mOOdUng I~i xem xet b gdn dung Hartree"Fock, nghia la bO qua hi~u

lIng chdn va t\1O'ngquaD

V~ nguy~n tlic, d~ nghi~n cUu hi~u tffig cMn chung ta pbaixac d!fih duge ham

di~n mOi €(q,UJ), co nghia la Anh hufJng cua h~ nhi~u h~t duge xem la m<)t tr\1Ung

trung blnh khi xem xet tuO"ngtic giiia m<)th~t tAi nay vcri m<)th~t tii khae M<)tsl!

Hnh toaD ehfnh xae ham nay gtin nhu khOng tM thl!c hi~n M()l vai mO hlnh gtin dung

clIo ham di~n mOi dii duge dua ra nhu mO hlnh RPA (random phase approximation)

va cae mO hlnh mb r<)ngcua no nhu Hubbard, Singwi-Sjolander clIo eac mall kh6i

TI1O"ngtl! eac mall kh6i, trong h~ thA'pehi~u, ham di~n mOiRPA co th~ tfnh tl1phuO"ng plllip tmUng II!hqp ho~e phuO"ngphap ham Green Matsubara k~t hqp vcriky thu~t giAn

do Trong phuO"ngphap ham Green Matsubara, chUng 18co th~ tlm tM eMn qua vi~c giiii pll110"ngtrlnh Dyson Tit do, 18co th~ xae d!nh duge ham di~n mOi theo cae bQ.e gall dung mong mu6n

VI lu~n an Ihl!e hi~n v&i nhi~u van d~ kh:ic nhau, Den trong ehuO"ngmb datI nay chung IOj khOng gi&i thi~u nhiIng cOng trlnh cua cae lac giA khac lien quaIl den d~ lai elm III~n an ma se gi&i thi~u trong tUng ehuO"ngcua luQ.nan d~ de dang tha:y r5 hO"nnhUng k~t qua ma chUng tOi dii d~t duge

LuQ.nan gOm 4 ehuO"ng,mb dllu va k~1luQ.n.Th~m vao do lu~n an duge lam sang

to bai, Iph!,l (!,Ie,I hlnh va 27 dO th!

Trong ehuO"ng1, chUng IOitrlnh bay phudng phap 1\ra-Hartree va sit d!,lngphUO"ng

pIlar nay d~ khao sat sl! Anh hufJng cUa di~n truUng I~n di~n tit va t~p cMt trong eac QWW co rao the ba:td6i xtffig Trong ehuO"ng2, chUng tOi sit d!,lngphuO"ngphap bien (hien d~ I(nh Dang luqng li~n ket exciton Wannier trong QWW ducri tlic d<)ngcua dj~n InfO-fig.Oll101lg 3, v&i hlnh thuc luQ.nham Green Matsubara, chUng toj xel hj~u tffig

cMn dOng hQc do lien k~t plasmon-phonon trong phl;\m vi gttn dung ctfc-plasmon-phonon de tfnh nang lu<JI1grieng trong glin dung b~cd!iu lien va tll do tinh ham pM nang lu<JI1grieng, ham m~t d<)phISva dO t<ii chuAn bOa khe dill Trong chu<1JJ.g4,

ding vm hlnh tMc lu~ ham Green Matsubara, chUng t6i da u6'c lu<JI1gduqc dO t<ii

chuAn bOa dill con du6'i t<icdOng cua hi~u li'ng chAo dOng hQc nhieu dlli con v6'i cac

glin dung thfch hqp

BOi VI cac phu<1JJ.gpMp chUng t6i su d1.lng trong lu~n an la nhUng phu<1JJ.gpMp quen thuOc cho cac mAll ban dAn kh6i Do v~y, chUng t6i se kh6ng dua vao lu~n an mOt chu<1JJ.gve phlin tOng qUaD ma chi diem qua mOt vai hi~n tU<JI1gco ban trong cac Call trUc kh6i va Call trUc thap chieu trong ma dllu cua lu~n an fibula mOt phlin tOng qUaD de thll'y ro h<1JJ.ve ,stf khac bi~t trong cac hi~n t\1<JI1gv~t 19 cua cac mAll ban dAn kh6i va cac cliu trUc h~ thap chieu

CHWNG I : HI~U UNGDI~ TRllNG TREN DAY GI~NG Ut;jNG Hi

Trong v~t 19 ban dan va di;i.cbi~t trong cac cliu trUc.ban dan gill mOt chieu stf co m~t cua t/,\pcMt ion bOa the hi~n mOt vai tro qUaDtrQng trong co cM tlii a nhi~t d() iMp cling nhu tl;\Ora m()t stf dich chuyen ml,lnhtrong phISquang hQc Osorio, Degani

va Hipolito dii tfnh nang lu<JI1glien k~t cua t/,\pchlft trong day cM nh~t vui tfnh cMt blft dang hu6'ng cua rao tM hihl hl,\D.Thy nhien, rao th! nay kh6ng cho phep chUng

ta tach bi!n trong vi~c gilli phu<1JJ.gtrmh SchrOdinger de xac djnh trl,\Dgthai Dang lu<JI1gcua di~n tu Glin day h<1JJ.,bai toan tI,lpcMt trong QWW du6'i tlic d()ng cua di~n trI1emgding duqc qUaDtam nghien cUu Narayani va Sukuma da nghien cUu bai loan v&i stf co ml.\t cua t/,\pcMt lo/,\ihydrogen trong QWW cM nh~t rao tM vO hl,\D

d~t trong di~n truemg dell thang goc v6'i tT1.JcQWW

Trong chu<1JJ.gnay, chUng t6i su d1.lngphu<1JJ.gpMp Ttfa-Hartree de xem xct Ilnh huang cua di~n trI1emgtren cac day lu<JI1gtUbe ml.\tva dlly lu<JI1gtU chii nh~t rao tM

hihl h/,\n.

1.PhU<1JJ.gphap Tl!a-Hartree

3

<5

;:; r,.

a:

10

mfR

mob 9 : Phl!nIh~c CUOOo.ngI"QIIgri~og E (0, "') oh" hAm

cUa '" cho k = O DUOnglib> r:r = 00 K) vAd"lmg g,ch

(T = 500 K) !rang gl!n dung ~ng hQCday diL DUOngg,ch.

chdin (T =00 K) vAd"lmg chdin (T =500 K) troog gl!n

dung '0.

;; E

~."

'0

w

0.0 D.5 1.0 1.5

'a,

mob II : DQ I.i chul!n hOOkJ1c do !:>'Eo nIl" IA mQI hAm cUa

n6ngdQplasmochoT =3000K vAn =lOR Dlllmglil!n:

gl!n dUng d<)ng hQC day du, d"lmg g,ch : gl!n dung dQng hQC '0

vA dulmg ch(m : gl!n dUng '0 giA'linh.

a:

-2 a

<5

ji

15

0

mfR

mob 10: HAmm,' dQph6 di~ tit A.(O, "') nhllbAm cuo '"

cook= O.cac tbarn s6 gi6ng ohll hlnh 3.1.

.10

.IS

, ~ 35

"""'""""""""""""""""""""""""""""""""""""" !

,L w 100 150 3JO 2W 300 20

T(K)

mob 12 : DQ lAi chul!n h6o kJ1c do !:>.Eo nhlliA mQl hAm cuo

nhi~tdQchon =10Rbdco6ngdQplasm.kh4cnhoILDlllmg

lil!o : gl!n dung d<)ng hQC day du, dlllmg g~h : gl!n dUng d<)ng hQC '0 vA d"lmg chdin : gl!n dUng '0 giA-tinh cac d"lmg nh,t

chn nao =0.1, cAcdlllmgdAmcho naO = I.

'"

'"

:;.

5

OJ m

~

co

10

0 10 '" 30

a(R)

mob 13 : D~ Ini chui\n h6n khe dM t;,.Eg nhuU m~I h~m CUR

1M ginm nh61n cho T =3000 K vi noo =1.5 Duling

liln , giln dung d~ng hoc ddy du, dulmg g~ch : gdn dUng dUng

hoc <0 vi dui'mg ehnm : gdn dUng <0 gi.'liM.

"""""""":,:.::,:.::,:.::.:.::.:.::,:,::.:,::.:,

a:

w' ,

~

12

", 100 1m 200 ""

T("K)

mnh IS :f)~I'ichlldnh6ndRicon(t;,.E~)nhUIAhAmeun

nhi~1d~ cho n =lOll b m~1 d~ toiln phtln noO =2, all!

thleh CUR cnc <luonggi6ng nhu hlnh 4.5.

~.to w'

~

i;:;~.::~:>~<.:::~

.IS

.20 0

na,

40 mob 14 : D~ tAl chui\n h6n dRi con (t;,.E~) nhu lA hAm CUR

m~t d~ di~n tit toiln phi\n trong QWW cho T =500 K v~

n = lOR Dulingliln d~ : I = 0 SUR,dullngg~ch~ :

I = 1 SURv~ dulmg chlfmd~m : I =2 SURtroog gtln duoS chAod~ng hOC.Dui'mgliln nh~t : I=0 SUR,dulmg g~ch nh~t

: I=1 SUR v~ dui'mg chlm nh~1 : I=2 SUR troog gdo dung lIartree.Fock.

w

~ 12 16

"'" 10 '" 30 40

a/A

mob 16: D~ tMchui\n hOOd.i con (t;,.E~) nhu lA hAm CURtM

giam nh6t n b nhi~1d6 T =500 K vi noo =2 01 tllrch

CURde dulmg gi6ng nhu h1nh 4.5.

24