d Mục tiêu và nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong bán dẫn một chiêu và hai chiêu siêu m ạng , hô lượng tử ,dây lượng tử với các
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
ị Ế m ị Ị m ị Ê m ị»Ị* ^ Ê m »ĩ» ^
Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam cầm điện tử và phonon lên các hiệu ứng cao tần gây bởi trường sóng điện từ trong các hệ bán dẫn một chiều và hai chiều • o • •
(siêu mạng, hố lượng tử, dây lưọng tử).
Mã số: QG-09.02
HÀ N Ộ I-2 0 1 1
Trang 2ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
VTt «X« *T» #Ỵ*
Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam cầm điện tử
và phonon lên các hiệu ứng cao tần gây bởi trường sóng điện từ trong các hệ bán dẫn một chiều và hai chiều (siêu mạng, hố lượng tử, dây lượng tử).
CÁC CÁN BỘ THAM GIA:
PGS.TS.Nguyễn Vũ Nhân,TS.Lương VănTùng,Th.S.-
NCS.Hoàng Đình Triển,Th.S.-NCS.Nguyễn Văn Hiếu,Th.S.- NCS.Lê Thái Hưng,Th.S.-NCS.Đỗ Mạnh Hùng,Th.S.-
NCS.Nguyễn Thị Thanh Nhàn, CN.Nguyễn Đình Nam.
HÀ NỘI - 2011
1
Trang 3Báo cáo tóm tắt
a) Tên đề tài:
Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam cầm điện tử và phonon lên các hiệu ứng cao tần gây bửi trường sóng điện từ trong các hệ bán dẫn một chiều và hai chiều (siêu mạng, hố lượng tử, dây lượng tử).
MÃ SÒ:
QG-09.02
b) Người chủ trì:
GS.TS Nguyễn Quang Báu.
Khoa Vật lý,Đại học K hoa học Tự nhiên ( Đ H Q G H N ).
Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
SỐ điện thoại:(04)7626547
c) Các cán bộ tham gia:
PG S.TS.N guyễn V u N hân,TS.Lương V ăn T ùng,Th.S.-N C S.H oàng Đình
Triển,Th.sT-NCS.Nguyễn V ăn H iếu/rh.S -N C S L ê Thái H ưng,Th.S.-N C S.Đ ỗ
M ạnh H ùng,Th.S.-N C S.N guyễn Thị Thanh N hàn, C N N guyễn Đ ình Nam
d) Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong bán dẫn một chiêu và hai chiêu ( siêu m ạng , hô lượng tử ,dây lượng tử ) với các dạng thế giam cầm khác nhau ( có kể đến sự giam cầm của phonon ), và dưới ảnh hưởng của từ trường.
- Nghiên cứu biến đổi tham số £Ìữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong bán dẫn m ột chiều và hai chiều ( siêu m ạng , hố lượng tử ,dây lượng t ử ) với các dạng th ế giam cầm khác nhau.
2
Trang 4- Nghiên cứu cộng hưởng tham số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong bán dẫn m ột chiêu và hai chiêu ( siêu m ạng , hô lượng tử ,dây lượng t ử ) với các dạng thế giam cầm khác nhau.
Tính chất, phương pháp luận và sư phạm cao của các kết quả nghiên cứu mới thuộc Đề tài cũng góp phần quan trọng vào sự nghiệp đào tạo Đại học, Sau đại học và xây dựng đội ngũ các nhà khoa học công nghệ tiến tiến cho đất nước.
e) Các kết quả đạt được: 16 công trình đã công bố trên các tạp chí khoa học và hội nghị khoa học:
+ công bố trên các tạp chí khoa học Quốc tế: 02 bài
+ công bô trên các tạp chí khoa học Quốc gia: 05 bài
+ báo cáo ở Hội nghị Vật lý Quốc Tế: 03 báo cáo
+ báo cáo khoa học ở Hội nghị khoa học Vật lý trong nước: 05 báo cáo
+đã hoàn thành gửi đăng trên các tạp chí khoa học: 01(J.Communication in Physics)
1 Các công trình đã công bố trên các tạp chí khoa học Quốc tế: (2 bài)
1 N guyen Quang B au and Hoang Dinh Trien , " The N onlinear A psorption Coefficient o f Strong Electrom agnetic W aves Caused by Electrons C onfined in Quantum W ires " , Journal o f the K orean Physical Society ( ISSN 0374-4884 ,Online ISSN 1976-8524 ) , V ol.56 ,No 1 ,pp 120-127 (2010).
2 N Q B au , L.T.H ung and N D N am The N onlinear A psorption C oefficient
o f Strong Electrom agnetic W aves by C onfined Electrons in Q uantum W ells
U nder the Influences o f C onfined Phonons " , Journal o f Electrom agnetic
W aves and A pplications ( ISSN 0920-5071 ,Online ISSN 1569-3937 ) ,Vol 24 ,No 1 3 ,pp 1751-1761 ( 2 0 1 0 )
2 Các công trình đả công bô trên các tạp chí khoa học Quốc gia: (5 bàì)
1 Nguyen Vu Nhan , Nguyen Dinh Nam Parametric resonananc o f acoustic phonons and optical phonons in the system o f confined electrons - phonons in quantum wells Tạp Chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 1 , tr.51 (2009)
2 Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau Study absorption coefficient o f an electromagnetic wave with weak amplitude and high frequency in Quantum Wells Tạp Chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 2 , tr.57 (2009)
3
Trang 53 Hoang Dinh Trien, Nguyen Vu Nhan , Do Manh Hung ,Nguyen Quang Bau The dependence o f the Parametric transformation coefficient o f acoustic phonons and optical phonons in doped superlattices on concentration o f impurities VNU - Journal o f Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N2 ,pp 123-128(2009)
4 N guyen Q uang B au , N guyen V an H ieu , N guyen Thi Thanh H uyen ,N guyen Dinh N am and Tran Cong Phong , " The A coustom agnetoelectric Effect in a Superlattice " VNU -Journal o f Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N3 ,pp 131- 136(2009)
5.N guyen Q uang B au , N guyen V an Hieu , N guyen Thi Thuy and Tran Cong Phong , " The N onlinear A coustoelectric Effect in a Superlattice " , J Com m unications in Physics , Vol 20 ,N 3 ,pp.249-254 (2010).
3 Các báo cáo khoa học tại các Hội nghị: (8 báo cáo)
- 5 báo cáo khoa học ở Hội nghị khoa học Vật lý trong nước:
1 Le Thai Hung, Nguyen Duc Thang , Nguyen Thi Ha Thu , Nguyen Vu Nhan, Nguyen Quang Bau The effect o f confined Phonon on the Nonlinear absorption coefficient o f strong electromagnetic waves by confined electrons in compositional Superlattices and Doped Superlattices The 34th National Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
2 Hoang Dinh Trien, Nguyen Quang Bau The nonlinear absorption coefficient
o f a strong electromagnetic wave coused by confined electrons in cilindrical quantum wires with parabolic potential The 34th National Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
3 Nguyen Van Nghia, Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau The Acoustomagnetoelectric effect in Quantum Wires The 34th National Conference
on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
4 Nguyen Quang Bau , Nguyen Van Hieu ,Nguyen Thi Thuy , Tran Cong Phong The Nonlinear Acoustoelectric effect in a Superlattices The 34th National Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
5.Do M anh H ung ,N guyen Q uang Bau and N guyen V an H ieu , " The Influence
o f an external M agnetic field on The N onlinear A psorption C oefficient o f A Strong E lectrom agnetic W ave by C onfined Electrons in D oping Superlattices",Hội nghị V ật lý chất rắn và khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6
4
Trang 6- Đ à nẵng ,8 -1 0 tháng 11 năm 2009 , Tuyển tập toàn văn báo cáo của Hội n g h ị,
tr 452-457 (2009).
- 3 báo cáo ở Hộỉ nghị Vật lý Quốc Tế: Đ ã hoàn thành và công bố 03 báo cáo ở
Hội nghị K hoa học Quốc tế có đăng toàn văn báo cáo :
1 N.Q.Bau and N V H ieu , "Theory o f the A coustom agnetoelectric Effect in a Superlattice " , Progress in Electrom agnetics R esearch Sym posium - Xian, China- M arch 22-26 ,2 0 1 0 - Proceedings ,pp.342-346.
2.N.Q Bau and H D Trien , "The N onlinear A bsorption o f a Strong Electrom agnectic W ave by Confined Electrons in R ectangular Quantum W ires " , Progress in Electrom agnetics Research Sym posium - Xian, China- M arch 22
26 , 2010 - Proceedings ,pp.336-341.
3.N guyen Quang Bail , H oang Dinh Trien and D o Quoc H ung , " The Dependence o f the N onlinear A bsorption Coefficient o f Strong Electrom agnectic W ave Caused by Confined Electrons on the Radius o f Cylindrical Quantum W ires " , Second International W orkshop on
N anotechnology and A pplication - IW N A 2009 , V ung Tau »Vietnam , 12-14
TS (bảo vệ
tháng 2/2009)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính 2.Nguyên Đức Nghiên cứu ảnh hưởng ThS (bảo vệ Chủ nhiệm
5
Trang 7Thắng của phonon giam câm
lên hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp
tháng 12/2009)
đê tài hướng dẫn chính
3.Nguyễn Thị
Ha Thu
Nghiên cứu ảnh hưởng của phonon giam cầm lên hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng họp phần
ThS (bảo vệ tháng
12/2009)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính
4.Nguyễn Thị
Thúy
Tính toán đòng âm- điện phi tuyến trong siêu mạng hợp phần.
ThS (bảo vệ tháng
12/2009)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính 5.Nguyễn
Thị Thanh Huyền
Tính toán dòng âm- điện- từ trong siêu mạng hợp phần.
ThS (bảo vệ tháng
12/2009)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính
ó.Nguyễn Thùy
Linh
Cộng hưởng tham sô giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong dây lượng tử với thế hình chữ nhật
ThS (bảo vệ tháng
12/2010)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính
7.KÌIĨ1 Thị Minh
Huệ
Cộng hưởng tham sô giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong đây lượng tử với hố thế parabol
ThS (bảo vệ tháng
12/2010)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính
8.Bùi Đức Hưng
Anh hưởng của phonon giam cầm lên hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử
ThS (bảo vệ tháng 12/2010)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính
6
Trang 8giam câm trong dây lượng tử hình trụ với
hố thế cao vô hạn
9 Trần Thị Hải
N ghiên cứu m ột sô
cơ chế tán xạ ảnh hưởng đến thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng
tử trong các hệ hai chiều
TS (bảo vệ tháng
4/2010)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn phụ
10 Đỗ M ạnh
Hùng
M ột số hiệu ứng động trong các hệ bán dẫn thấp chiều
TS (bảo vệ cấp cơ sở tháng 12/2010)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính
11 Bùi Thị Thu
Giang
Hâp thụ phi tuyên sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn
ThS (bảo vệ tháng
12/2010)
Chủ nhiệm
đề tài hướng dẫn chính
- Ngoài ra, đề tài góp phần đào tạo 8 Cử nhân Vật lý : Nguyễn Đình Nam , Luyện
Thị San ,Nguyễn Thị Tuyết Mai,Nguyễn Đức Huy,Đào Thu Hằng,Lưu Thị Trang,Đỗ Tuần Long,Sa Thị Lan Anh.
7
Trang 9f) Tình hình kinh phí của đề tài:
- Kinh phí được cấp: 100 triệu đồng VN trong 2 năm 2009 và 2010.
- Giải trình những khoản chi lớn: 90 triệu VND thuê chuyên gia trong nước hoàn thành
08 bài báo và 08 báo cáo khoa học (16 công trình nghiên cứu công bố ở mục e).
Hà Nội, Ngày 20 tháng 03 năm 2011
guyẻn Q uang Báu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
Hiệu T tƯ Ỏ I *
Trang 10VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY COLLEGE OF NATURAL SCIENCES
CODE: QG-09.02
DIRECTOR OF PROJECT: PROF.DR NGUYÊN QUANG BÁU
HA NOI - 2011
9
Trang 11VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY COLLEGE OF NATURAL SCIENCES
HA N O I -2011
10
Trang 12Report on the situation and the results of the project
a) Title of the Project: Investigation o f Influence the o f confinem ent o f Electrons and Phonons on the High - frequency effects driven by Electrom agnetic wave in Sem iconductor One - dim ensional and Two- dimenional system s (Supperlattices, quantum w ells, quantum wires).
Code:
QG-09.02
b) Director of project:
Prof.Dr Nguyễn Quang Báu.
Khoa Vật lý,Đại học K hoa học Tự nhiên ( ĐH Q G H N ).
Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
So điện thoại: (04)7626547
c) Participants:
D r.N guyễn V ũ N hân,D r.Lương Văn Tùng,M s.H oàng Đ ình Triển,M s.N guyễn
V ăn Hiếu ,M s.Lê Thái H ưng,M s.Đ ỗ M ạnh H ùng,M s.N guyễn Thị Thanh
N hàn,Bachelor N guyễn Đ ình Nam
d) Aim and content of researches:
- Studying the Influence o f confinem ent o f Phonons on Absorption
Coefficent of a strong electrom agnetic wave by confined electrons in
Sem iconductor One - dim ensional and Tw o-dim enional system s (Supperlattices, quantum wells, quantum wires).
- Studying the Influence o f confinem ent o f Phonons on Param etric transform ation coefficient o f confined A coustic and confined optical phonon in sem iconductor One - dim ensional and Tw o-dim enional system s (Supperlattices, quantum wells, quantum wires).
- Studying the Influence o f confinem ent o f Phonons on Param etric
resonace of confined A coustic and confined optical phonon in Sem iconductor
11
Trang 13One - dim ensional and Tw o-dim enional system s (Supperlattices, quantum wells, quantum wires).
e) Results:
The results have been published by 16 papers in the International and National Journals and reports in Physical International and National conference:
1 Papers in the International Journals: (2 papers)
1 N guyen Q uang Bau and H oang Dinh Trien , " The N onlinear A psorption Coefficient o f Strong Electrom agnetic W aves Caused by Electrons Confined in Quantum W ires " , Journal o f the K orean Physical Society ( ISSN 0374-4884 ,Online ISSN 1976-8524 ) , Vol.56 ,No 1 ,pp 120-127 (2010).
2 N Q B au , L.T.H ung and N D N am The N onlinear A psorption Coefficient
o f Strong Electrom agnetic W aves by Confined Electrons in Quantum W ells
U nder the Influences o f Confined Phonons " , Journal o f Electrom agnetic
W aves and A pplications ( ISSN 0920-5071 ,Online ISSN 1569-3937 ) ,Vol 24 ,N o 1 3 ,pp 1751-1761 ( 2 0 1 0 )
2 Papers in the National Journals: (5 papers)
1 Nguyen Vu Nhan , Nguyen Dinh Nam Parametric resonananc o f acoustic phonons and optical phonons in the system o f confined electrons - phonons in quantum wells Tạp Chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 1 , tr.51 (2009)
2 Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau Study absorption coefficient o f an electromagnetic wave with weak amplitude and high frequency in Quantum Wells Tạp Chí Nghiên cửu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 2 , tr.57 ( 2009)
3 Hoang Dinh Trien, Nguyen Vu Nhan , Do M anh Hung ,Nguyen Quang Bau The dependence o f the Parametric transformation coefficient o f acoustic phonons and optical phonons in doped superlattices on concentration o f impurities VNƯ - Journal o f Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N2 ,pp 123-128(2009)
4 N guyen Quang Bau , N guyen Van H ieu , N guyen Thi Thanh H uyen ,N guyen Dinh N am and Tran Cong Phong , " The A coustom agnetoelectric Effect in a Superlattice " V N Ư -Journal o f Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N3 ,pp 131- 136(2009)
12
Trang 145.Nguyen Q uang B au , N guyen V an Hieu , N guyen Thi Thuy and Tran Cong Phong , " The N onlinear A coustoelectric Effect in a Superlattice " , J Com m unications in Physics , Vol 20 ,N 3 ,pp.249-254 (2010).
3 Reports in Physical conference: (8 reports)
- 5 reports in the National Physical conferences :
1 Le Thai Hung, Nguyen Due Thang , Nguyen Thi Ha Thu , Nguyen Vu Nhan, Nguyen Quang Bau The effect o f confined Phonon on the Nonlinear absorption coefficient o f strong electromagnetic waves by confined electrons in compositional Superlattices and Doped Superlattices , The 34th National Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
2 Hoang Dinh Trien, Nguyen Quang Bau The nonlinear absorption coefficient
o f a strong electromagnetic wave coused by confined electrons in cilindrical quantum wires with parabolic potential The 34th National Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
3 Nguyen Van Nghia, Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau The Acoustomagnetoelectric effect in Quantum Wires The 34th National Conference
on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
4 Nguyen Quang Bau , Nguyen Van Hieu ,Nguyen Thi Thuy , Tran Cong Phong The Nonlinear Acoustoelectric effect in a Superlattices The 34th National Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
5.Do M anh H ung ,N guyen Quang Bau and N guyen Van H ieu , " The Influence
o f an external M agnetic field on The N onlinear A psorption Coefficient o f A Strong Electrom agnetic W ave by C onfined Electrons in D oping Superlattices",Hội nghị V ật lý chất rắn và khoa học vật liệu toàn quốc lần thử 6
- Đ à nẵng ,8 -1 0 tháng 11 năm 2009 , Tuyển tập toàn văn báo cáo của Hội n g h ị ,
- 3 reports in the International Physical conferences :
1 N.Q.Bau and N V H ieu , "Theory o f the A coustom agnetoelectric Effect in a Superlattice " , Progress in Electrom agnetics R esearch Sym posium - Xian, China- M arch 22-26 ,2 0 1 0 - Proceedings ,pp.342-346.
2.N.Q Bau and H D Trien , "The N onlinear A bsorption o f a Strong Electrom agnectic W ave by Confined Electrons in R ectangular Q uantum W ires " , Progress in Electrom agnetics Research Sym posium - Xian, China- M arch 22
26 , 2010 - Proceedings ,pp.336-34 Í.
13
Trang 153.N guyen Q uang Bau , H oang D inh Trien and D o Quoc H ung , " The
D ependence o f the N onlinear A bsorption Coefficient o f Strong Electrom agnectic W ave Caused by Confined Electrons on the Radius o f Cylindrical Quantum W ires " , Second International W orkshop on
N anotechnology and A pplication - IW N A 2009 , V ung Tau ,Vietnam , 12-14
N o v e m b e r, 2009 - Proceedings, pp 147-151.
Nguyen Van Nghia , Tran Thi Thu Huong , Nguyen Quang Bau The Nonlinear Acoustoelectric effect in a Cylindrical Quantum Wire with an infinite p o ten tial.
5 Results of education: 8 Bachelors, 8 Masters, 3 Doctors
- 8 Bachelors: Nguyễn Đ ình Nam , Luyện Thị San ,N guyễn Thị Tuyết
M ai,N guyễn Đức Huy,Đ ào Thu H ằng,Luu Thị Trang,Đ ỗ Tuấn Long,Sa Thị Lan Anh.
-8 Masters:
1)Nguyen Duc Thang Investigation o f The Influence o f confined phonons on The N onlinear A psorption Coefficient o f A Electrom agnetic W ave by Confined Electrons in D oping Superlattices( 12-2009)
2)Nguyen Thi Ha Thu Investigation o f The Influence o f confined phonons on The N onlinear A psorption Coefficient o f A Electrom agnetic W ave by Confined Electrons in A Com positional Superlattices( 12-2009)
3)Nguyen Thi Thuy The N onlinear A coustoelectric current in A Com positional Superlattices (12-2009)
4)Nguyen Thi Thanh Huyen The A coustom agnetoelectric current in A Com positional Superlattices (12-2009)
5)Nguyen Thuy Linh Param etric resonance o f confined acoustic phonons and confined optical phonons in R ectangular Q uantum W ires.( 12-2010)
6)Kim Till M inh Hue Param etric resonance o f confined acoustic phonons and confined optical phonons in cilindrical quantum wires w ith parabolic potential^ 12-2010)
7)Bui Due Hung The Influence o f confined phonons on The N onlinear Apsorption Coefficient o f A Electrom agnetic W ave by C onfined Electrons in cilindrical quantum wires (12-2010)
14
Trang 168)Bui Thi Thu Giang The N onlinear A psorption Coefficient o f A Electrom agnetic W ave by Confined Electrons in R ectangular quantum wires
3)Do M anh H ung Kinetic Effects in Low- dim enional system s( 12-2010)
15
Trang 17PHẦN CHÍNH BÁO CÁO:
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA s ự GIAM CẦM ĐIỆN TỪ VÀ PHONON LÊN CÁC HIỆU ỨNG CAO TẦN GÂY BỞI TRƯỜNG SÓNG ĐIỆN TỪ TRONG CÁC HỆ BÁN DẢN MỘT CHIỀU VÀ HAI CHIỀU (SIÊU MẠNG, HỐ LƯỢNG TỪ, DÂY LƯỢNG TỪ).
Mã số: QG-09.02 Chủ trì đề tài: GS.TS NGUYỄN QUANG BÁU
MỤC LỤC
1 Mở đầu - 17
2 Nội dung - - — - - 21
2.1 Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong hệ một chiều (dây lượng tử với các thế khác nhau) - 21
2.2 Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong hệ hai chiều (siêu mạng, hố lượng tử với các thế khác nhau) -36
2.3 Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên một số hiệu ứng cao tần trong một số hệ bán dẫn một chiều và hai chiều - 39* • *
3 Kết lu ận - — - -43
4 Tài liệu tham khảo -— - 45
5 Phụ lục - - 47
16
Trang 181 MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn Đề tài.
Trong những thập niên gần đây, ngành vật lý hệ thấp chiều (vật lý nano) được nhiều nhà vật lý quan tâm bởi những đặc tính ưu việt mà cấu trúc tinh thể 3 chiều không có được Trong các cấu trúc có kích thước lượng tử, nơi các hạt dẫn bị giới hạn bởi trong những vùng có kích thước đặc trưng vào cờ bước sóng De Broglie, các tính chất vật lý của điện tử thay đổi kịch tính, đáng điệu của hạt dẫn trong các cấu trúc kích thước lượng tử tương tự như khí hai chiều , hoặc khí một chiều, Từ đó, hầu hết các tính chất quang, điện đều có những thay đổi đáng kể Đặc biệt, một số tính chất mới khác, được gọi là hiệu ứng kích thước, được xuất hiện.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vật liệu, đặc biệt là công nghệ epitaxy chùm phân tử, rất nhiều hệ vật liệu với cấu trúc nano được chế tạo Với đặc tính ưu việt của nó, hàng loạt các hiệu ứng bên trong được và đang được nghiên cứu như: các cơ chể tán xạ điện tử-phonon, tính dẫn điện tuyến tính và phi tuyển Dây lượng tử là cấu trúc đặc trưng của hệ một chiều (1D), đặc điểm chung của các loại dây lượng tử là chuyển động của điện tử bên trong nó bị giới hạn trong các hố thế giam cầm theo hai chiều ứng với các chiều bị giới hạn của dây Có nghĩa là điện tử chỉ cỏ thể chuyển động tự do theo chiều không bị giới hạn Siêu mạng, hố lượng tử là cấu trúc đặc trưng của hệ hai chiều (2D), đặc điểm chung của Siêu mạng (SM), hố lượng
tử (HLT) là chuyển động của điện tử bên trong nó bị giới hạn trong các hố thể giam cầm theo một chiều ứng với các chiều bị giới hạn của SM, HLT Có nghĩa là điện tử chỉ có thể chuyển động tự do theo hai chiều không bị giới hạn Sự giam cầm điện tử trong các hệ 1D và 2D thay đổi đáng kể các tính chất vật lý của hệ, các hiệu ứng vật lý bên trong đó có những khác biệt so với cấu trúc ba chiều Ví dụ, tính dẫn điện tuyến tính và phi tuyến, hấp thụ sóng điện từ yếu Sự hấp thụ sóng điện từ của vật chất được
và đang được nghiên cứu và phát triển cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm với nhiều ứng dụng mạnh mẽ và sâu rộng trong khoa học kỷ thuật Đặc biệt là lĩnh vực kỳ thuật quân
sự, vật liệu hấp thụ sóng điện từ đặc biệt được quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng cho kỹ thuật “tàng hình” cho các phương tiện quân sự Trong hệ bán dẫn thấp chiều, bài toán hấp thụ tuyến tính sóng điện từ được đặc biệt phát triển nghiên cứu bằng phương pháp Kubo-Mori mở rộng như: hấp thụ sóng điện từ yếu trong hố lượng tử, trong siêu mạng pha tạp, trong dây lượng tử.
TPUNG tâm thõng 1i\ ĨHƯ VIÊN
OOO&OOCCUOL
Trang 19Bên cạnh đó, sự phát triển của công nghệ laser đã đẩy nhanh sự phát triển của ngành vật lý quang phi tuyến Cả lý thuyết lẫn thực nghiệm, quang phi tuyến ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằm liên tục cải thiện sự đáng giá chính xác hấp thụ phi tuyến cũng như hệ số khúc xạ Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong bán dẫn khối
đã được V V Pavlovich và E M Epshtein nghiên cứu và công bố vào năm 1977, bằng phương pháp phương trình động lượng tử các tác giả đã xây dựng biểu thức của
hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ thông qua việc giải phương trình động lượng tử cho điện tử và biểu thức của mật độ dòng hạt tải Tuy nhiên, đối với hệ một chiều và hai chiều, bài toán hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vẫn còn bỏ ngỏ và được chúng tôi lựa chọn cho đề tài QG-09.02 Ngoài ra, khi nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng tham
số và biến đổi tham số, các tác giả trước đó chỉ xét cho bán dẫn khối hoặc chỉ xét trường hợp điện tử giam cầm mà chưa xét đến ảnh hưởng của phonon giam cầm lên cộng hưởng tham số và biến đổi tham số trong hệ một chiều và hai chiều Do vậy, đối với hệ một chiều và hai chiều, bài toán vẫn còn bỏ ngõ này được chúng tôi lựa chọn cho đề tài QG-09.02.
1.2 Mục tiêu nghiên cửu.
Đề tài nghiên cứu sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong các loại dây lượng tử đặc trưng cho hệ bán đẫn một chiều và trong Siêu mạng, Hố lượng tử là cấu trúc đặc trưng của hệ hai chiều Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện tò cần phải thu được, từ đó thực hiện tính số để đánh giá về cả định tính lẫn định lượng sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vào các tham số bên ngoài như cường độ và tần số của sóng điện từ, nhiệt độ của hệ Bên cạnh đó sự phụ thuộc của hệ sổ hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vào tham số của từng loại cấu trúc với thế giam giữ khác nhau cũng được xem xét để đánh giá ảnh hưởng của cấu trúc của hệ cũng như thế giam giữ điện tử lên sự hấp thụ phi tuyến sóng điện
từ Các kết quả thu được phải được so sánh với kết quả đã được nghiên cứu trong bán dẫn khối Đề tài cũng nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường lên sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ, hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ khi có mặt của từ trường được tính toán để có được biểu thức giải tích tường minh Tác động của từ trường lên hệ số hấp thụ phi tuyển sóng điện từ được đánh giá thông qua tính số và bàn luận Bên cạnh đó, hấp thụ sóng điện từ bởi điện từ giam cầm cũng được nghiên cứu cho trường hợp kể
18
Trang 20thêm phonon giam cầm Tính toán giải tích cũng như tính số được thực hiện để thấy được có hay không những thay đổi khi cho phonon giam cầm
Ngoài ra, Đe tài thiết lập hệ phương trình động lượng tử cho phonon giam cầm
và nghiên cứu cộng hưởng tham số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm với việc đưa ra biểu thức của biên độ trường ngưỡng; nghiên cứu biển đổi tham
số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm với việc đưa ra biểu thức của hệ số biến đổi tham số trong hệ một chiều và hai chiều.Tính toán số, vẽ đồ thị các kết quả lý thuyết thu được Thảo luận và so sánh kểt quả lý thuyết thu được với kết quả trước đó, và với bán dẫn khối.
1.3 Phương pháp nghiên cửu.
Theo quan điểm lý thuyết lượng tử, bài toán hấp thụ sóng điện từ, cộng hưởng tham số, biến đổi tham sốcó thể được giải quyết theo nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm nhất định vì vậy tùy vào bài toán cụ thể để lựa chọn phương pháp giải quyết phù hợp Trong khuôn khổ của Đề tài , bài toán được tác giả nghiên cứu bằng phương pháp phương trình động lượng tử, đây là phương pháp đã được sử dụng cho bài toán tương tự trong bán dẫn khối và đã thu được những kết quả có ý nghĩa khoa học nhất định Xuất phát từ việc giải phương trình động lượng tử cho điện tử và phonon, hàm phân bố điện tử và phonon không cân bằng được tìm thấy, từ đó biểu thức của hệ số hấp thụ phi tuyển sóng điện từ mạnh, biểu thức của trường ngưỡng, hệ số biến đổi tham số được tính toán giải tích Kết hợp với phương pháp tính số bằng phần mềm tính số Matlab, đây ià phần mềm tính số và
mô phỏng được sử dụng nhiều trong vật lý cũng như các ngành khoa học kỹ thuật, các kểt quả lý thuyết được đánh giá và thảo luận cả về định tính lẫn định lượng.
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Đề tài.o • *
Những kểt quả thu được của Đề tài đóng góp một phần vào việc hoàn thiện lý thuyết về các hiệu ứng cao tần trong hệ thấp chiều mà cụ thể là hệ một chiều và hai chiều Khảo sát tính số cho phép có được những đánh giá trên quan điểm lý thuyết về mặt định tính cũng như định lượng của sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ, trường ngưỡng, hệ sổ biến đổi tham số trong vật liệu có cấu trúc nano.
19
Trang 21về mặt phương pháp, với những kết quả thu được từ việc sử dụng phương pháp phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm, phonon giam cầm góp phần khẳng định thêm tính hiệu quả và sự đúng đắn của phương pháp này cho các hiệu ứng phi tuyến trên quan điểm lượng tử Bên cạnh đó, tác giả cũng hi vọng kết quả của Đe tài
có thể đóng góp một phần vào việc định hướng, cung cấp thông tin cho vật lý thực nghiệm trong việc nghiên cứu chế tạo vật liệu nano.
20
Trang 222 NỘI DUNG. • 2.1 Hấp thụ phỉ tuyến song điện từ bởi điện tử giam cầm trong hệ một chiều (dây lượng tử với các thế khác nhau).
2.1.1 Hấp thụ phỉ tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn.
- Hamiltonian của hệ:
Giả sử một dây lượng tử được đặt trong trường leser có véc tơ cường độ điên trường vuông góc với phương truyền sóng Bỏ qua tương tác của các hạt cùng loại, Hamiltonian của hệ điện tử - phonon trong dây lượng tử được viết như sau:
tử dưới tác dụng của từ trường ngoài N, N ’, là các chỉ số vùng Landau ( N - 0,1,2, )
J N V ( M ) = L dr<f>N ( r± - ^ ỉ i ) ) e iqiPỉ<Ị>Ari - «c2 / ’: ) ,
- Phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình tru hổ thế cao vô han.• •
Để thu được biểu thức của phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm trong dây lượng tử chúng ta bắt đầu từ phương trình động lượng tử cho toán tử số hạt điện tử trong dây lượng tử, sử dụng Hamiltonian (2.1) và tính toán giải tích ta thu được biểu thức của phương trình động lượng tử cho điện tử trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn:
21
Trang 23Trong đó J k (x) là hàm Bessel, m là khối lượng hiệu đụng của điện tử, jV- là
hàm phân bố không phụ thuộc thời gian của phonon, và <5 là đại lượng vô cùng bé xuất hiện do giả thiết đoạn nhiệt khi có sự tương tác với sóng điện từ Thực hiện các tính toán tương tự, biểu thức của phương trình động lượng tử cho điện tử trong dây Iợng tử hình trụ hổ thế cao vô hạn khi có mặt của từ trường ngoài thu được như sau:
Như vậy, chúng ta thấy ràng, khi có mặt của từ trường ngoài, phương trình động lượng tử của điện tử trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn xuất hiện thêm các yếu tố mới đặc trưng cho sự tương tác của từ trường lên điện tử trong dây lượng tử.
Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn.
Giải phương trình động lượng tử bằng phương pháp xấp xỉ gần đúng, ta thu được hàm phân bố không cần bằng Sử dụng biểu thức của mật độ dòng hạt tải và hệ
số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ , xem xét theo hai cơ chế tán xạ điện tử - phonon khác nhau ta có:
Trong trường hợp này , Cở- =coữ là tần số của phonon quang Hệ số tương tác
Trang 24Tính toán theo hai trường hợp hấp thụ ta thu được:
¿»j Trường hợp tản xạ điện tử-phonorì ăm.
Trong trường hượp này íư- là tần sổ của phonon âm, vì ft>- = Q nên ta có thể
bỏ qua số hạng 0) Hệ sổ tương tác điện từ - phonnon âm IC-12=| C-1 |2= Ẹ2q / 2 p u ỵ
Biểu thức thức giải tích cho hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn cho trường hợp tán xạ điện từ - phonon
âm thu được như sau:
Trang 25Trong đó M ’ = M + ( n - n ) / 2 + ự - ế ) / 2 , M = N - N ' , v ị i
A = N 0 11 ' I2 with7V0 = kbT >
®0 K ết quả tính số và thảo luận.
Đe thấy được tường m inh sự phụ thuộc về cả định tính lẫn định lượng của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thể cao vô hạn, trong phần này, luận án trình bày các kết quả tính số và bàn luận cho
dây lương tử được chọn là GaAs / GaẢsAỈ Bản tóm tắt này chỉ trình bày một số kết
quả chính đặc trưng.
Trường họp vắng m ặt từ trường ngoải.
a) Trường hợp tán xạ điện từ -phonon âm.
Hình 1 cho thấy rằng hệ số hấp thụ phi tuyến phụ thuộc phi tuyến vào bán kính dây Giá trị của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ tăng lên khi bán kính cùa dây lượng tử giảm xuống Tuy nhiên đến m ột giá trị xác định của bán kính dây, hệ sổ hấp thụ phi tuyến sóng điện từ đạt giá trị cực đại rồi giảm dần khi bán kính dây tiếp tục giảm Giá trị xác định của bàn kính dây mà tại đó hệ số hấp thụ phi tuyến có được cực đại là khác nhau và phụ thuộc vào cường độ điện trường ngoài M ột điều đáng chú ý nữa là hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong dây lượng tử có thể có được giá trị
âm, đồng nghĩa với việc nó cỏ thể bức xạ sóng điện từ khi hội tụ các điều kiện phù hợp Đây là m ột sự khác biệt rõ đối với bán dẫn khối cũng như hệ hai chiều như hố ỉương tử, siêu m ạng Tuy nhiên nó là phù hợp so với trường hợp hấp thụ tuyến tính đà được nghiên cứu trước đây bằng phương pháp K ubo-M ori
Hình 2 cho thấy sự phụ thuộc mạnh và phi tuyến của hệ sổ hấp thụ phi tuyển
sóng điện từ vào nhiệt độ T của hệ với các giá trị khác nhau của bản kính dây Nó cũng cho thấy rằng hệ số hâp thụ phi tuyến sóng điện từ a trong dây ỉượng từ hình
trụ hố thể cao vô hạn đạt giá trị cực đại tại các giá trị khác nhau cùa nhiệt độ giá trị
24
Trang 26này phụ thuộc vào giá trị của bán kính dây Đ ây cũng là điểm khác biệt mà trong bán dẫn khối không có được và cũng chưa được thể hiện trong các nghiên cứu trước đây
về hấp thụ phi tuyến sóng điện từ Hệ số hấp thụ phi tuyến tăng lên khi nhiệt độ tăng, tuy nhiên khi đạt được giá trị cực đại, hệ số hấp thụ lại giảm khi nhiệt độ của hệ tiếp tục tăng ỉên Đ iều này có thể được giải thích dựa trên hiệu ứng giảm kích thước, khi nhiệt độ tăng, năng lượng chuyển động nhiệt của hạt dẫn cũng tâng lên, điều kiện để
quan sát các hiệu ứng En+i - E n 1 khT dần bị vi phạm , dẫn đen sự ảnh hường của hiệu
ứng giảm kích thước lên hệ số hập thụ phi tuyến.
b) Trường hợp tán xạ điện từ - phonon quang.
Hình 3: Sự phụ thuộc của a vào R
(hấp thụ xa ngưỡng).
Photon energy |eV]
Hình 4: Sự phụ thuộc cùa a vào ha)fí tại các giá trị khác nhau cùa R
Hình 3 cũng thể hiện sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong dây ỉượng từ hình trụ nhưng ở trường hợp hấp thụ xa ngưỡng, nó cho thấy đã có
sự khác biệt so với trường hợp hấp thụ gần ngưỡng, hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện
từ trong trường hợp xa ngưỡng không nhận giá trị âm Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong trường xa ngưỡng bé hơn rất nhiều, cỡ 103 lần so với hấp thụ gần
Hình 4 cho thấy rằng, hể số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ đạt giá trị cực đại
(đỉnh hấp thụ) khi tần số sóng điện từ trùng với tần số của phonon quang, Q = co0 Sự
thay đổi bán kính dây không làm thay đổi giá trị của tần số sóng điện từ mà tại đó hệ
số hấp thụ đạt giá trị cức đại.
Trường hợp có mặt của từ trường ngoài:
2 5
Trang 27— T=274(K)
— T=276(K)
Hình 5: Đồ thi biểu diễn sự phụ thuộc
của cc vào năng lượng photon khi có
m ặt của từ trường ngoài.
" 30
Cyclotron energy [meV]
Hinh 6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc
của a vào năng lượng cyclotron.
Hình 5 thể hiện sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vào năng lượng photon khi có m ặt của từ trường ngoài K hác với trường hợp không có mặt của
từ trường, đỉnh hấp thụ nhọn hơn rất nhiều và hệ số hấp thụ chỉ có giá trị đáng kể gần đỉnh hấp thụ Điều này thể hiện sự tác động cùa từ trường lên hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện từ giam cầm trong đây lương tử, khi có mặt cùa từ trường ngoài, phổ năng lượng của điện tử bị gián đoạn theo các mức Landau, sự chuyển mức năng lượng của điện tử sau khi hấp thụ sóng điện từ phải thỏa m ãn điều kiện.
Hình 6 cho thấy sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vào
năng lượng cyclotron (ỉi( 0 c) trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn Ta có thổ
thấy hệ sổ hấp thụ phi tuyến sóng điện từ có những đinh cộng hưởng nhọn tại những giá trị khác nhau của tan so cyclotron Hệ số hấp thụ phi tuyển sóng điện từ chỉ có giá trị đáng kể ở vị trí đinh cộng hưởng này Đ iều này cho thấy rằng chỉ số mức Landau
mà điện tử sau khi hấp thụ dịch chuyển đến phải được xác định và phải thỏa m ãn điều
kiện Q -ÍU 0 + M'(ùc = 0 , đây là sự khác biệt so với bán dẫn khối M ột điều nữa có thể nhận thấy là m ật độ các đỉnh hấp thụ dày khi a> < Í2 và nó thưa dần khi tần số
cyclotron Oi tăng lên N ó thể hiện sự ảnh hường của từ trường lên hệ số hấp thụ phi tuyển sóng điện từ, khi từ trường mạnh lên sự ảnh hưởng của nó càng lớn, phổ hấp thụ càng trở nên gián đoạn.
* 2.1.2 Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong dây lư ọng tử
Trang 28H = YJ{ { p - - A t ) f / 2m + co0 (2 n+K I an/ -p +
Trường hợp có m ặt của từ trường ngoài:
H = Z e“ (p ~ ~ ^ ) ) ayp ayp+Ỵ °>ĩb+ ĩ bĩ
+ z cí y 7 11,0» / , • W.N ỵ p+<ỹ- - ar,n (bĩ +è-V'
y.r /».Ợ
: ( 2 10 )
Với phổ năng lượng của điện tử dưới tác dụng của sóng điện từ với the vector
Ã(t) khi có mặt của từ trường được xác định theo biểu thức :
( p - - Ấ ( t ) ) 2 ei!t( p - - Ã ( 0 ) = - - + <oi(n + ì / 2 ) + (oỉ ự + \ / 2 )
- Phương trình động lưọng tử cho điện tử giam cầm trong dây lư ọììg tử hình trụ hố thế parabol.
Để thu được biểu thức của phương trình động luợng từ cho điện từ giam cầm
trong dây lượng tử chúng ta bắt đầu từ phương trình động lượng từ cho toán tử số hạt
điện tử trong dây lượng tử, sừ dụng H am iltonian (2.9) và tính toán giải tích ta thu
được biểu thức của phương trình động lượng tử cho điện từ trong dây lượng từ hình
Trang 29Thực hiện các tính toán tương tự, biểu thức của phương trình động lợng từ cho điện tử trong dây lợng tử hình trụ hố thế parabol khi có mặt cùa từ trường ngoài thu đuợc như sau:
Trường hợp vắng mặt của từ trường ngoài:
Giải phương trình động lượng tử bằng phương pháp xấp xi gần đúng, ta thu được hàm phân bố không cần bằng Sử dụng biểu thức của mật độ dòng hạt tải và hệ
sổ hấp thụ phi tuyến sóng điện từ, xem xét theo hai cơ chế tán xạ điện từ-phonon khác nhau ta có:
a) Trường họp tán xạ điện tử-phonon quang:
Trang 301 „ , r 2>e1E lk hT B. r „
x^ p { - f - B,} [ 1 + ° 4— (1 + ~ ~ )]] + K -> -co0 ]} ,
Ở đây 5j =íư0(2 n '-2 « + |£ 'j-|^ |)+ íư ữ- Q
b) Trường hợp tản xạ điện từ-phonon âm:
Biểu thức thức giải tích cho hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bời điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thể parabol cho trường hợp tán xạ điện tử- phonon âm thu được như sau:
Trường hợp có mặt của từ trường ngoài:
Tương tự như trường họp vắng mặt của từ trường ngoài, tính toán giải tích thu được biểu thức của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế parabol khi có mặt của từ trường cho trường hợp tán xạ điện tử -phonon quang:
- Kết quả tính số và thảo luận.
Trường hợp vắng mặt tù' trường ngoài:
2 9
Trang 31Hình 7: Sự phụ thuộc của a vào Hình 8: Sự phụ thuộc của a vào
Hình 7 cho thấy rầng giá trị của bán kính dây mà ở đó hệ số hấp thụ phi tuyến đạt giá trị cực đại thay đổi khi ta thay đổi giá trị của tần số hiệu dụng cùa hố thế Điều này cho thấy rằng, hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ phụ thuộc mạnh vào tần số hiệu dụng cùa hố thể M ột sự khác biệt nữa khi so sánh với dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn là với dầy lượng tử hình trụ hố thể parabol, hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ không nhận giá trị âm khi thay đổi bán kính đây Điều này cho thấy sự ảnh hưởng đáng kể của sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vào thế giam cầm điện tử trong dây lượng tử Hình 8 thể hiện sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng
điện từ vào nhiệt độ T của hệ Cũng như trong dây lượng tử hình trụ hố thể cao vô
hạn, hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong dây lương tử cũng đạt giá trị cực đại ở
một giá trị xác định của nhiệt độ T'
Trường hợp có mặt của tù' trường ngoài:
Hình 9 cho thấy rằng, tương tự như trong dây lượng từ hình trụ hố thế cao vô hạn, hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong trường hợp này cũng xuất hiện các
vạch hấp thụ tại các giá trị khác nhau của tần số cyclotron co Tuy nhiên các giá trị
3 0
Trang 32này phụ thuộc m ạnh vào tần số hiệu dụng của hố thế giam giữ điện tử, giá trị cùa tần
số cyclotron ũ)c m à tại đó có các vạch hấp thụ có thể dịch chuyển nếu thay đổi tần số
bố trong các nghiên cứu trước đây Nó chì ra ràng thế giam cầm cùa điện tử có tác động lớn đen sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong dây lượng tử.
2.1.3 Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong dây lưọng tử hình chữ nhật hố thế cao vô hạn.
- H am iltonian của hệ :
H am iltonian của hệ điện tử-phonon trong dây lượng từ hình chữ nhật hổ thế cao vô hạn được viết như sau:
Trong đó Lx và Lv là kích thước của dây theo hai chiều bị giới hạn,
H am iltonian của hệ điện tử-phonon trong đây lượng tử khi có mặt cùa từ trường được viết như sau:
Trong đó phổ năng lượng của điện từ dưới tác dụng của sóng điện từ với thế
vector Ã{í) khi có mặt cùa từ trường được xác định như sau:
Trang 33- Phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình chữ nhật hổ thế cao vô hạn:
Trường hợp vẳng mặt từ trường ngoài:
Trường hợp có mặt của từ trường ngoài:
Tương tự chúng ta cũng có được phương trình động lượng từ cho điện từ giam
cầm trong dây lượng từ hình chữ nhật hố thế cao vô hạn khi có mặt của từ trường ngoài:
Trang 34X exp[K{p + ị )ĩ p l + fflc(N' - N ) + ~ + a>?)(/ - / ')] }<//' (2.20)
- Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình hình chữ nhật hố thế cao vô hạn:
Trường hợp vắng mặt của từ trường ngoài:
a) Trường hợp tán xạ điện tử-phonon quang:
3 3
Trang 35thức cùa hệ số hấp thụ phi tuyến này được tính số để nhận thấy rõ dạng phụ thuộc cùa
nó vào các tham số như nhiệt độ của hệ, cường độ và tần số của sóng điện từ, đặc biệt
là sự phụ thuộc vào tham sổ đặc trưng Lx và Ly của dây lượng từ hình chữ nhật để
xem xét ảnh hưởng của dạng thế giam cầm lên sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ
Trường hợp có mặt của từ trường ngoài:
M ột cách tương tự, ta thu được biểu thức của hệ sổ hấp thụ phi tuyến sóng điện
từ trong đây lượng tử hình chừ nhất hố thế cao vô hạn khi có mặt cùa từ trường ngoài với tán xạ điện tử-phonon quang như sau:
■J a I M K^ — ĩì*
Trong đó, M = N ' ~ N , là hiệu chỉ sô hai mức phân vùng từ Landau
Kết quả tính số và thảo luận.
Trường hợp văng mặt từ trường ngoài.
Với trường hợp tản x ạ điện tử pho n on âm.
Lv 0 0 0 2 L ’0 4 1 10 250
Trang 36Hỉnh 11 cho thấy hệ số hấp thụ phi tuyến phụ thuộc phi tuyến vào kích thước
giới hạn Lx, L của đây lượng tử hình chữ nhật Giá trị của hệ số hấp thụ phi tuyến
sóng điện từ tăng lên khi giảm kích thước của dây Tuy nhiên đến một giá trị xác định,
hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ đạt giá trị cực đại rồi giảm dần khi kích thước của đây tiếp tực giảm Hình 12 cho thấy hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ tăng lên khi nhiệt độ của hệ tăng, đến khi đạt giả trị cực đại hệ số hấp thụ lại giảm xuống nếu tiếp tục tăng nhiệt độ N hiệt độ m à tại đó hệ số hấp thụ đạt giá trị cực đại phụ thuộc vào
kích thước dây K hi kích thước L , L thay đổi, đỉnh hấp thụ thay đổi cả về đội lớn lẫn
vị trí của nỏ trên thang nhiệt độ Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong trường hợp này cũng lớn hơn so với trường họp tán xạ điện từ-phonon âm.
T rư ờng hợp có m ặ t của từ trư ờ ng ngoài:
Khi có mặt của từ trường, sự hấp thụ sóng điện từ trong dây lượng tử hình chừ nhật cũng đã thay đổi đáng kể Hình 13 cho thấy phổ hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong dây lượng tử hình chữ nhật là phổ vạch Các vạch hấp thụ xảy ra tại các giá trị khác nhau của năng lượng photon, tương ứng với các giá trị khác nhau cùa tần sổ sóng
điện từ Phổ hấp thụ phi tuyển sóng điện từ cũng phụ thuộc vào kích thước gới hạn Lr
và L cùa dây lượng tử Phổ hấp thụ sóng phi tuyển sóng điện từ dịch chuyển khi thay
đổi kích thước dây Hình 14 cho thấy hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ chịu sự tác động rất lớn của tần số cyclotron cùa từ trường Sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ chỉ xảy ra đáng kể tại các tần sô cyclontron xác định và gián đoạn, nó tương ứng với các chì sổ mức Landau mà điện tử dịch chuyển đốn sau khi hấp thụ, chỉ số này phải được xác định.
0 '
Hình 13 : Sự phụ thuộc của a vào năng lượng
vào năng lượng cyclotron
35
Trang 372.2 Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm
Chỉ ra sự khác biệt sự phụ thuộc của hệ sổ hấp thụ phi tuyển sóng điện từ giữa bán dẫn siêu m ạng hợp phần với bán dẫn khối, cũng như ảnh hường cùa từ trường lên
hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ.
Hình 15 và hình 16 cho thấy: Sự phụ thuộc này là không tuyến tính Khi cường độ điện trường tăng thì hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ giảm Hệ sổ hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trường hợp tán xạ điện tử-phonon quang lớn hơn rất nhiều so với trường hợp tán xạ điện tử-phonon âm.
2.2.2 Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bỏi điện tử giam cầm trong siêu
m ạng pha tạp.
Lần đầu tiên thiểt lập được các phương trình động lượng từ và các bicu thức hệ
số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp cho hai trường hợp có m ặt và không có m ặt từ trường ngoài.
Tính toán sổ, vẽ đồ thị sự phụ thuộc cùa hệ số hấp thụ vào các tham số cùa hệ cho trường hợp có và không có từ trường.
36
Trang 38Giải thích được sự khác nhau về bản chất vật lý của hệ số hấp thụ trong sièu m ạng pha tạp cho trường hợp có m ặt và vắng m ặt từ trường, giữa siêu m ạng pha tạp với bán dẫn khối.
Hình 17 và 18 cho thấy sự khác biệt giữa hai trường hợp có và không có từ trường, cụ thể: ở hình 17 phổ hấp thụ là liên tục (không có từ trường) và khi có m ặt của từ trường
ờ hình 18, phổ hấp thụ là gián đoạn, hệ sổ hấp thụ lớn hơn so với trường hợp không có
Tính toán số, vẽ đồ thị sự phụ thuộc của hệ sổ hấp thụ vào các tham số cùa hệ các đại lượng đặc trưng cho sự giam cầm điện từ và cho trường hợp cỏ m ặt và vấng mặt từ trường Giải thích sự khác biệt về các hiệu ứng động giữa bán dẫn giếng lượng tỉr với bán dẫn khối Giải thích nguyên nhân khác nhau giữa hộ số hấp thụ phi tuyến trong trường hợp có mặt và vắng mặt từ trường.
Đồ thị hình 19, cho thấy hệ số hấp thụ phụ thuộc phi tuyến vào độ rộng giếng lượng từ và đạt giá trị cực đại khi độ rộng cùa giếng lượng từ vào cờ 35A° và giá trị
3 7
Trang 39cực đại của hệ số hấp thụ phụ thuộc vào năng lượng của trường ngoài Đồ thị hình 20 cho thấy, khi có mặt từ trường hệ số hấp thụ xuất hiện một số cực đại chính và nhiều cực đại thứ cấp.
Hình 19 Sự phụ thuộc cùa a vào L
(không cótừ trường, tương tác điện tử -phonon quang)
0 14".
1 O I? -
0 1'
10
Hình 20 Sự phụ thuộc cùa a vào /iQ và L
(có từ trường,tương tác điện tử- phonon âm)
38
Trang 402.3 Ảnh hưởng củâ sự giam cầm phonon lên một số hiệu ứng cao tần trong một số hệ bán dẫn một chiều và hai chieu.
2.3.1 Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ
bởi điện tử giam cầm trong dây Iưọng tử.
- H am iltonian của hệ
Mô hình giam giữ phonon tương tự như với điện tử, trạng thái của phonon cũng
đợc miêu tả bởi 2 số lượng tử m , k ứng với sự giam cầm theo 2 phương O x , Oy
của phonon, vector sóng của phonon được biểu diễn theo các phương q = {qx,qy,q ),
trong đó qx = ^ ~ , qy = — Đặt dây lượng tử trong trờng Laser Ẽ ( I ) = Ẽữs\n(Qi)
hướng theo Oz có thế vector tương ứng Ã(t) = — Ẽ0 cos(Q /), H am iltonian của hệ điện
tử-phonon quang giam cầm được: