Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam giữ phonon lên một số hiệu ứng cộng hưởng do tương tác của electron phonon trong giếng lượng tử (tt)

DANH MỤC MỘT SỐ KÍ HIỆUKí hiệu Đại lượng tương ứng L z Bề rộng của giếng lượng tử theo phương z V0 Thể tích của hệ m0 Khối lượng tĩnh của electron m ∗ Khối lượng hiệu dụng của electron ϵ

Trang 1

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN ĐÌNH HIÊN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN MỘT SỐ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG

DO TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON-PHONON

TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

HUẾ - NĂM 2018 Demo Version - Select.Pdf SDK

Trang 2

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN ĐÌNH HIÊN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN MỘT SỐ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG

DO TƯƠNG TÁC CỦA ELECTRON-PHONON

TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ

Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một công trình nào khác.

Huế, tháng 04 năm 2018 Tác giả luận án

Nguyễn Đình Hiên Demo Version - Select.Pdf SDK

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến GS.TS Trần Công Phong và PGS.TS Lê Đình, là những người thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp những ý kiến quý báu cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Vật lý và Phòng Đào tạo Sau Đại học-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế; Ban đào tạo Sau Đại học, Ban Giám đốc Đại học Huế đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả hoàn thành luận án này Tác giả cũng xin cảm ơn PGS.TS Trương Minh Đức cùng quý Thầy, Cô thuộc Tổ

bộ môn Vật lý lý thuyết-Khoa Vật lý-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế đã đóng góp ý kiến cho luận án.

Chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Dự bị đại học dân tộc trung ương Nha Trang đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian cũng như hỗ trợ một phần kinh phí cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn sự động viên, chia sẻ của bạn bè, đồng nghiệp và người thân trong qúa trình hoàn thiện luận án.

Luận án được hoàn thành tại Tổ bộ môn Vật lý lý thuyết-Khoa Vật lý-Trường Đại học Sư phạm-Đại học Huế.

Tác giả luận án Demo Version - Select.Pdf SDK

Trang 5

MỤC LỤC

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục 1

Danh sách bảng 8

Danh sách hình vẽ 15

MỞ ĐẦU 16 NỘI DUNG 24

Chương 1 MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ SỞ 24

1.1 Giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn 24

1.1.1 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn khi không có từ trường 24

1.1.2 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn khi có từ trường 25

1.2 Giếng lượng tử thế parabol 26

1.2.1 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế parabol khi không có từ trường 26 1.2.2 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong giếng lượng tử thế parabol khi có từ trường 27

Demo Version - Select.Pdf SDK

Trang 6

1.3 Tương tác electron-phonon quang khối trong giếng lượng

tử dưới tác dụng của trường ngoài 27

1.3.1 Đối với giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn 30 1.3.2 Đối với giếng lượng tử thế parabol 30

1.4 Tương tác electron-phonon quang giam giữ trong giếng lượng tử dưới tác dụng của trường ngoài 31

1.4.1 Đối với giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn 32 1.4.2 Đối với giếng lượng tử thế parabol 32

1.5 Phương pháp chiếu toán tử 33

1.6 Biểu thức của tenxơ độ dẫn khi không có từ trường 35

1.6.1 Biểu thức của độ dẫn tuyến tính 42

1.6.2 Biểu thức của hàm suy giảm tuyến tính 45

1.6.3 Biểu thức tốc độ hồi phục tuyến tính 47

1.6.4 Biểu thức của độ dẫn phi tuyến 48

1.6.5 Biểu thức của các hàm suy giảm phi tuyến 56

1.6.6 Biểu thức tốc độ hồi phục phi tuyến 57

1.7 Biểu thức của tenxơ độ dẫn khi có từ trường 60

1.7.1 Biểu thức của tenxơ độ dẫn 60

1.7.2 Biểu thức của hàm suy giảm 60

1.7.3 Biểu thức tốc độ hồi phục 62

1.8 Độ rộng của vạch phổ hấp thụ 62

Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG ELECTRON -PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ 64

2.1 Giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn 64

Trang 7

2.1.1 Công suất hấp thụ tuyến tính 64

2.1.2 Độ rộng vạch phổ của đỉnh dò tìm cộng hưởng

electron-phonon tuyến tính 68

2.1.3 Công suất hấp thụ phi tuyến 76

electron-phonon thành phần phi tuyến 84

2.2.1 Công suất hấp thụ tuyến tính 87

3.2.1 Biểu thức của công suất hấp thụ 118

từ-phonon 122

Trang 8

3.3 Kết luận chương 3 128

Chương 4 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG CYCLOTRON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ 130

4.1 Độ rộng vạch phổ của đỉnh cộng hưởng cyclotron trong giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn 130

4.2 Độ rộng vạch phổ của đỉnh cộng hưởng cyclotron trong giếng lượng tử thế parabol 137

4.3 Kết luận chương 4 144

KẾT LUẬN 145

TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 PHỤ LỤC P.1

Trang 9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

SQW Square quantum well Giếng lượng tử thế vuông gócPQW Parabolic quantum well Giếng lượng tử thế parabolEPR Electron-phonon resonance Cộng hưởng electron-phononMPR Magneto-phonon resonance Cộng hưởng từ-phonon

CR Cyclotron resonance Cộng hưởng cyclotron

ODEPR Optically detected Cộng hưởng electron-phonon

electron-phonon resonance dò tìm bằng quang họcODMPR Optically detected Cộng hưởng từ-phonon

magneto-phonon resonance dò tìm bằng quang học

LW linewidth Độ rộng vạch phổ

ODEPRLW ODEPR linewidth Độ rộng vạch phổ của đỉnh

ODEPRODMPRLW ODMPR linewidth Độ rộng vạch phổ của đỉnh

ODMPRCRLW CR linewidth Độ rộng vạch phổ của đỉnh

CR

Trang 10

DANH MỤC MỘT SỐ KÍ HIỆU

Kí hiệu Đại lượng tương ứng

L z Bề rộng của giếng lượng tử theo phương z

V0 Thể tích của hệ

m0 Khối lượng tĩnh của electron

m ∗ Khối lượng hiệu dụng của electron

ϵ0 Hằng số điện môi

χ0 Hằng số điện môi tĩnh

χ ∞ Hằng số điện môi cao tần

n Chỉ số lượng tử của electron

m Chỉ số lượng tử của phonon giam giữ

N Chỉ số mức Landau

ω c Tần số cyclotron

a c Bán kính cyclotron

B Từ trường

E0 Biên độ điện trường

~ω Năng lượng photon tới

~ω LO Năng lượng phonon quang dọc

~ω m,q ⊥

LO Năng lượng phonon quang dọc giam giữ

B0(ω) Phần ảo của hàm suy giảm tuyến tính

P0(ω) Công suất hấp thụ tuyến tính

P1(ω) Thành phần công suất hấp thụ phi tuyến

B 1,2 (2ω) Phần ảo của hàm suy giảm phi tính

P N Ln (ω) Công suất hấp thụ phi tuyến

ODEP RLW SQW LW của đỉnh ODEPR tuyến tính trong SQW

Trang 11

Kí hiệu Đại lượng tương ứng

ODEP RLW P QW LW của đỉnh ODEPR tuyến tính trong PQW

ODEP RLW1SQW LW của đỉnh ODEPR thành phần phi tuyến

trong SQW

ODEP RLW1P QW LW của đỉnh ODEPR thành phần phi tuyến

trong PQW

ODM P RLW SQW LW của đỉnh ODMPR trong SQW

ODM P RLW P QW LW của đỉnh ODMPR trong PQW

CRLW SQW LW của đỉnh CR trong SQW

CRLW P QW LW của đỉnh CR trong PQW

Bulk Kí hiệu cho phonon khối

Confine (Conf.) Kí hiệu cho phonon giam giữ

Trang 12

DANH SÁCH BẢNG

2.1 Sự phụ thuộc của ODEPRLWSQW vào T 72

2.2 Sự phụ thuộc của ODEPRLWSQW vào L z 74

2.3 Sự phụ thuộc của ODEPRLWSQW1 vào L z 86

2.4 Sự phụ thuộc của ODEPRLWP QW vào T 93

2.5 Sự phụ thuộc của ODEPRLWP QW vào ω z 94

2.6 Sự phụ thuộc của ODEPRLWP QW1 vào ω z 104

3.1 Sự phụ thuộc của ODMPRLWSQW vào T 115

3.2 Sự phụ thuộc của ODMPRLWSQW vào L z 117

3.3 Sự phụ thuộc của ODMPRLWP QW vào T 125

3.4 Sự phụ thuộc của ODMPRLWP QW vào ω z 127

4.1 Sự phụ thuộc của CRLWSQW vào T 133

4.2 Sự phụ thuộc của CRLWSQW vào L z 134

4.3 Sự phụ thuộc của CRLWSQW vào B 135

4.4 Sự phụ thuộc của CRLWP QW vào T 139

4.5 Sự phụ thuộc của CRLWP QW vào ω z 141

4.6 Sự phụ thuộc của CRLWP QW vào B 142

Trang 13

DANH SÁCH HÌNH VẼ

1.1 Sơ đồ chuyển mức của electron giữa trạng thái trung gian

η và các trạng thái cơ bản α và β . 461.2 Cách xác định độ rộng vạch phổ từ sự phụ thuộc của công

suất hấp thụ vào năng lượng photon 632.1 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính P SQW(~ω)

vào năng lượng photon ~ω trong SQW đối với mô hình

phonon khối (đường nét liền) và phonon giam giữ (đường

gạch gạch) tại T = 300 K, L z = 12 nm b) Sự phụ thuộc

của công suất hấp thụ tuyến tính P SQW ODEP R(~ω) vào năng

lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODEPR (đỉnh 4

của hình 2.1a)) 702.2 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính P SQW ODEP R(~ω)

vào năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODEPR

đối với mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các

giá trị khác nhau của T : T = 200 K (đường nét liền),

T = 250 K (đường gạch gạch) và T = 300 K (đường chấm

chấm) b) Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh

ODEPR vào T : mô hình phonon khối (đường nét liền) và

phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, L z = 12 nm 732.3 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính P SQW ODEP R(~ω)

giá trị khác nhau của L z : L z = 12 nm (đường nét liền),

L z = 13 nm (đường gạch gạch) và L z = 14 nm (đường

Trang 14

chấm chấm) b) Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phỏ của

đỉnh ODEPR vào L z: mô hình phonon khối (đường nét

liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T =

300 K 742.4 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ phi tuyến P SQW N ln (~ω)

vào năng lượng photon ~ω trong SQW đối với mô hình

gạch gạch) tại T = 300 K, L z = 12 nm b) Sự phụ thuộc

của thành phần công suất hấp thụ phi tuyến P1ODEP R −SQW(~ω)

phi tuyến (đỉnh 2d của hình 2.4a)) 852.5 Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh ODEPR

thành phần phi tuyến vào L z: mô hình phonon khối (đường

nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây,

T = 300 K. 872.6 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính P P QW(~ω)

vào năng lượng photon ~ω trong PQW đối với mô hình

gạch gạch) tại T = 300 K, ω z = 0.5ω LO b) Sự phụ thuộc

của công suất hấp thụ tuyến tính P P QW ODEP R(~ω) vào năng

lượng photon ~ω trong PQW tại đỉnh ODEPR (đỉnh 3

của hình 2.6a)) 922.7 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính P P QW ODEP R(~ω)

vào năng lượng photon ~ω trong PQW tại đỉnh ODEPR

giá trị khác nhau của T : T = 200 K (đường nét liền),

T = 250 K (đường gạch gạch) và T = 300 K (đường chấm

Trang 15

ODEPR vào T : mô hình phonon khối (đường nét liền) và

phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, ω z = 0.5ω LO 932.8 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ tuyến tính P P QW ODEP R(~ω)

giá trị khác nhau của ω z : ω z = 0.5ω LO (đường nét liền),

ω z = 0.6ω LO (đường gạch gạch), ω z = 0.7ω LO (đường

chấm chấm) b) Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của

đỉnh ODEPR vào ω z: mô hình phonon khối (đường nét

liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T =

300 K 952.9 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ phi tuyến P P QW N ln (~ω)

vào năng lượng photon ~ω trong PQW đối với mô hình

gạch gạch) tại T = 300 K, ω z = 0.5ω LO b) Sự phụ thuộc

của thành phần công suất hấp thụ phi tuyến P1ODEP R −P QW(~ω)

phi tuyến (đỉnh 2c của hình 2.9a)) 1022.10 Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh ODEPR

thành phần phi tuyến vào ω z: mô hình phonon khối (đường

nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây,

T = 300 K. 1043.1 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P SQW(~ω) vào

năng lượng photon~ω trong SQW đối với mô hình phonon

khối (đường nét liền) và phonon giam giữ (đường gạch

gạch) tại T = 300 K, L z = 12 nm, B = 20.97 T b) Sự

Trang 16

phụ thuộc của công suất hấp thụ P SQW ODM P R(~ω) vào năng

lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODMPR (đỉnh 4

của hình 3.1a)) 114

3.2 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P SQW ODM P R(~ω) vào

năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODMPR đối

với mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá trị

khác nhau của T : T = 200 K (đường nét liền), T = 250 K

(đường gạch gạch) và T = 300 K (đường chấm chấm) b)

Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh ODMPR vào

T : mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam

giữ (đường gạch gạch) Ở đây, L z = 12 nm và B = 20.97 T.116

3.3 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P SQW ODM P R(~ω) vào

năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh ODMPR đối

với mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá

trị khác nhau của L z : L z = 12 nm (đường nét liền), L z =

13 nm (đường gạch gạch) và L z = 14 nm (đường chấm

ODMPR vào L z: mô hình phonon khối (đường nét liền)

và phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K

và B = 20.97 T 117

3.4 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P P QW(~ω) vào

năng lượng photon~ω trong PQW đối với mô hình phonon

gạch) tại T = 300 K, ω z = 0.5ω LO , B = 20.97 T b)

Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P P QW(~ω) vào năng

lượng photon ~ω trong PQW tại đỉnh ODMPR (đỉnh 4

của hình 3.4a)) 124

Trang 17

3.5 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P P QW ODM P R(~ω) vào

năng lượng photon ~ω trong PQW tại đỉnh ODMPR đối

với mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá trị

Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh ODMPR vào

T : mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam

giữ (đường gạch gạch) Ở đây, ω z = 0.5ω LO và B = 20.97 T.126

3.6 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P P QW ODM P R(~ω) vào

năng lượng photon ~ω trong PQW tại đỉnh ODMPR đối

với mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá

trị khác nhau của ω z : ω z = 0.5ω LO (đường nét liền), ω z =

0.6ω LO (đường gạch gạch), ω z = 0.7ω LO (đường chấm

ODMPR vào ω z: mô hình phonon khối (đường nét liền)

và phonon giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K

và B = 20.97 T 127

4.1 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P SQW(~ω) vào

năng lượng photon~ω trong SQW đối với mô hình phonon

gạch) tại T = 300 K, L z = 12 nm, B = 10 T b) Sự phụ

thuộc của công suất hấp thụ P SQW(~ω) vào năng lượng

photon ~ω trong SQW tại đỉnh CR (đỉnh 1 của hình 4.1

a)) 131

4.2 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P SQW CR (~ω) vào

năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh CR đối với

mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá trị

Trang 18

Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh CR vào T :

mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam

giữ (đường gạch gạch) Ở đây, L z = 12 nm, B = 10 T 133

năng lượng photon~ω trong SQW tại đỉnh CR đối với mô

hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá trị khác

nhau của L z : L z = 12 nm (đường nét liền), L z = 13 nm

(đường gạch gạch) và L z = 14 nm (đường chấm chấm) b)

Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh CR vào L z:

mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon giam

giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K và B = 10 T 134

năng lượng photon ~ω trong SQW tại đỉnh CR đối với

mô hình phonon khối và phonon giam giữ tại các giá trị

khác nhau của từ trường B: B = 10 T (đường nét liền),

B = 11 T (đường gạch gạch) và B = 12 T (đường chấm

chấm) b) Sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ của đỉnh CR

vào B: mô hình phonon khối (đường nét liền) và phonon

giam giữ (đường gạch gạch) Ở đây, T = 300 K và L z =

12 nm 136

4.5 a) Sự phụ thuộc của công suất hấp thụ P P QW(~ω) vào

năng lượng photon~ω trong PQW đối với mô hình phonon

gạch) tại T = 300 K, ω z = 0.5ω LO , B = 10 T b) Sự phụ

thuộc của công suất hấp thụ P P QW(~ω) vào năng lượng

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	119,69 KB