1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

The photostimulated quantum effect in rectangular quantum wire with an infinite potential for the case of electron acoustic phonon scattering

8 6 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 8
Dung lượng 332,33 KB

Các công cụ chuyển đổi và chỉnh sửa cho tài liệu này

Nội dung

THE PHOTOSTIMULATED QUANTUM EFFECT IN RECTANGULAR QUANTUM WIRE WITH AN INFINITE POTENTIAL FOR THE CASE OF ELECTRON-ACOUSTIC PHONON SCATTERING Nguyen Vu Nhan 1 , Hoang Dinh Trien 2 , Ho

Trang 1

THE PHOTOSTIMULATED QUANTUM EFFECT IN RECTANGULAR QUANTUM WIRE WITH AN INFINITE POTENTIAL FOR THE CASE

OF ELECTRON-ACOUSTIC PHONON SCATTERING

Nguyen Vu Nhan 1 , Hoang Dinh Trien 2 , Hoang Van Ngoc 3

1

Hanoi Metropolitan University

2

The University of Da Nang

3 Hanoi University of Sciences, Hanoi National University

Abstract: Based on the quantum kinetic equation for electrons under the action of a linearly

polarized electromagnetic wave, a dc electric field and an intense laser field, analytic

expressions for the density of the direct current in rectangular quantum wire with an

infinite potential for the case of electron - acoustic phonon scattering are calculated The current density is studied as a function of the frequency of the laser radiation field, the frequency of the linearly polarized electromagnetic wave, the temperature of system and the size of quantum wire The analytic expressions are numerically evaluated and plotted for a specific quantum wire, GaAs/AlGaAs All these results of quantum wire are compared with bulk semiconductors and superlattices to show the differences

Keywords: Semiconductors, quantum wells, quantum wires, superlattices and quantum dot

 

Email: nvnhan@daihocthudo.edu.vn 

Received 02 December 2017 

Accepted for publication 25 December 2017 

 

1 INTRODUCTION

The  photostimulated  quantum  effect  by  electromagnetic  wave  is  explained  by  the  possibility of using this phenomenon for detecting intense electromagnetic radiation, as well 

as for characterizing kinetic properties of semiconductors [1]. It is known that the presence 

of  intense  laser  radiation  can  influence  the  electrical  conductivity  and  kinetic  effects  in  material.  In  recent  years,  it  has  been  revealed  that  the  photostimulated  quantum  effect  in  superlattices and in quantum wells should be characterized by new features under the action 

Trang 2

In  this  work,  we  use  the  quantum  kinetic  to  study  the  drag  of  charge  carriers  in  rectangular quantum wire with an infinite potential by a linearly polarized electromagnetic, 

a  dc  electric  field  and  a  laser  field.  We  obtained  the  density  of  the  current  for  the  case  electrons interacting with acoustic phonon. 

2 CALCULATING THE DENSITY OF THE CURRENT BY THE QUANTUM KINETIC EQUATION METHOD

We examine the electron system, which is placed in a linearly polarized electromagnetic 

E(t)  E(e    e ), H(t)   n, E(t) 

), in a dc electric field E  0

 and in a strong radiation field 

F(t)   Fsin   t.

The Hamiltonian of the electron - phonon system in the quantum wire can be 

written as: 

H = H0 + U = 

z

e

c

         +

z

n ,l,n ,l p ,q

 

 

     ,                (1)

where A t  

 is the vector potential of laser field (only the laser field affects the probability 

of  scattering):  1A(t) F sin0 t

c

z

n,l,p

z

n,l,p

a (bq  and  bq)  are  the  creation  and 

annihilation operators of electron (phonon); q is the frequency of acoustic phonon; Cqis 

the  electron-acoustic  phonon  interaction  constant: 

2 2 q s

q C

2 v V

 ,  here  V, , vs  and   are  volume, the density, the acoustic velocity and the deformation potential constant; In ',l ',n ,l(q) 

 

is form factor.  

The electron energy takes the simple:  

z

z

 (n  0, 1, 2,   , l  1, 2, 3, ). 

In order to establish the quantum kinetic equations for electrons in quantum wire, we  use  general  quantum  equations  for  the  particle  number  operator  or  electron  distribution  function: 

       z

z z

n,l,p

t

Trang 3

f (t)  a  a   is distribution function. From Eqs. (1) and (2), we obtain the 

quantum  kinetic  equation  for  electrons  in  quantum  wire  (after  supplement:  a  linearly 

polarized electromagnetic wave field and a direct electric field E0

): 

z

eE q 2

m

 

 

   fn ,l ,p  zq z(t) f n,l,p z(t)  n ,l ,p  zq z  n,l,p z  L  

where h H

H

is the unit vector in the magnetic field direction,  0

eE q

m

 

 is the Bessel function 

of real argument; Nq is the time-independent component of distribution function of phonon: 

B

q

s z

k T

N

v q

 ;  c  is  the  cyclotron  frequency,    ( )is  the  relaxation  time  of  electrons  with  

energy . 

For simplicity, we limit the problem to the case of l  0, 1  We multiply both sides Eq. 

(2) by ( e / m)p (z n,p )

      

 are carry out the summation over n, l and p z

, we obtained: 

1

 

,            (4)

 

1

 

,        (5)      

* 0

R ( )

( )

 

with:  

 z

z

n,l,p

e

m

 ,             (7) 

z

2

2

2

n ,l,p B

e E

m k T

,            (8)      

Trang 4

z z

2

n,l,n ',l',p ,q

e F q

2 e

z

n,l,p

)

    

        (10)      

where 

z

0

n,l,p

f

f (p )  p 



e E m

    

B

k T

  ;  n0  is  particle 

density; kB is Boltzmann constant; T is temperature of system. 

z z

2

n ,l,n ',l ',p ,q

e F q

2 e

z

n ,l,p

)

    

        (11) 

with 

z

0

n ,l,p

f

f (p ) p  



 

z

z

n,l,p

n ,l,p

e E

 

 

  

Solving the equation system (4), (5), (6), we obtain: 

 

2

2 c

S, h

.      (12)

The density of current: 

 

 

 

2 2

0

 ,         (13)

n,l,n ',l '

n,l,n ',l '

7 / 2

7/ 2

       (15) 

Trang 5

2 2 2 2

2m

2m

2

0

F

n ,l

        ,       (18) 

(a ,b,z)

(a ) 0

1

We obtain the expressions for the current density j0

, and select: E   0x

; h0y

j  AC D E ; j 0 y AC  D E 0 y                (19)

 

 

 

2 2

Equation (13) shows the dependent of the direct current density on the frequency  of  the laser radiation field, the frequency  of the linearly polarized electromagnetic wave, the  size of the wire. We also see the dependence of the constant current density on characteristic  parameters for quantum wire such as: wave function; energy spectrum; form factor In,l,n’,l’  and potential barrier, that is the difference between the quantum wire, superlattices, quantum  wells, and bulk semiconductors. 

3 NUMERICAL RESULTS AND DISCUSSION

In this section, we will survey, plot and discuss the expressions for j  for the case of a 0z specific GaAs/GaAsAl quantum wire. The parameters used in the calculations are as follows  [2-12]:

 m =  0,0665m0  (m0  is  the  mass  of  free  electron); F  =  50meV;   ( F)    10-11s-1;

0

n  10 m  ;  5.3 10 kg / m  3 3;   2.2 10 J   8 ; E = 106

 V/m; E0 = 5.106V/m; F = 105N.  Fig.1 shows the dependence of  j on the frequency  of the intense laser radiation. 0z

From these figure, we  can see the nonlinear dependence of j0z on the frequency  of the 

intense  laser  radiation,  when  the  frequency    of  the  intense  laser  radiation  increases  j  

Trang 6

 

Fig.1 The dependence of j z on the frequency of the laser radiation with different values of T

Fig.2 The dependence of j z on the frequency of the electromagnetic wave with different values of T

Fig.2  shows  the  dependence  of  j on  the  frequency    of  the  electromagnetic  wave. 0z

From these figure,  we  can see the nonlinear  dependence of j0z on the frequency    of the 

electromagnetic  wave,  when  the  frequency    of  the  electromagnetic  wave  increases  joz  decreases and j0z will have a stable value when  có giá trị cỡ 1013 . 

Fig.3 shows the dependence of j0z on the size of the wire. From this figure, when radius  increase joz increases, when Lx, Ly continue to increase then j0z will have a stable value. 

j0z 

j0z 

Trang 7

 

   

 

 

   

 

 

 

4 CONCLUSION

In  this  paper,  we  have  studied  the  photostimulated  quantum  effect  in  rectangular  quantum wire with a infinite potential for the case of electron – acoustic phonon scattering. 

In  this  case,  one  dimensional  electron  systems  is  placed  in  a  linearly  polarized  electromagnetic wave, a dc electric field and a laser radiation field at high frequency. We  obtain  the  expressions  for  current  density  vector   j0

,  in  which,  plot  and  discuss  the  expressions for j  The expressions of 0z j  show the dependence of 0z j  on the frequency  0z

of the linearly polarized electromagnetic wave, on the size of the wire, the frequency  of  the    intense  laser  radiation;  and  on  the  basic  elements  of  quantum  wire  with  a  infinite  potential. The analytical results are numerically evaluated and plotted for a specific quantum  wire GaAs/AlGaAs.  

Acknowledgment:  This  work  was  completed  with  financial  support  from  project 

B2016.DNA.25, thanks also basic research program of the Hanoi Metropolitan University

REFERENCES

1 G.M.Shmelev,  G.I.Tsurkan  and  É.M.Épshtein  (1982),  “Photostumilated  radioelectrical 

transverse effect in semiconductors”, Phys Stat. Sol. B, Vol. 109, p.53. 

 Fig 3 The dependence of on the size of the wire 

j 0z 

Trang 8

3 S.V.Kryuchkov, E.I.Kukhar’ and E.S.Sivashova (2008), “Radioelectric effect in a superlattice 

under the action of an elliptically polarized electromagnetic wave”, Physics of the Solid State, 

Vol 50, No. 6, p.1150. 

4 A.Grinberg and Luryi (1988), “Theory of the photon - drag effect in a two-dimensional electron 

gas”, Phys Rev. B 38, p.87. 

5 N.Q.Bau and B.D.Hoi (2012), “Influence of a strong electromagnetic wave (Laser radiation) on 

the Hall effect in quantum well with a parabolic potential”, J Korean Phys Soc, Vol.60, p.59. 

6 V.L.Malevich Izv (1977), “High-frequency conductivity of semiconductors in a laser radiation 

field”, Radiophysics and quantum electronics, Vol. 20, Issue 1, p.98. 

7 M.F.Kimmitt, C.R.Pidgeon, D.A.Jaroszynski, R.J.Bakker, A.F.G.Van Der Meer, and D.Oepts 

(1992), “Infrared free electron laser measurement of the photon darg effect in P-Silicon”, Int. J

Infrared Millimeter Waves, Vol 13, No 8, p.1065. 

8

S.D.Ganichev, H.Ketterl, and W.Prettl (1999), “Spin-dependent terahertz nonlinearities at inter-valance-band absorption in p-Ge”, Physica B 272, p.464. 

9 G.M.Shmelev,  L.A.Chaikovskii  and  N.Q.Bau  (1978),  “HF  conduction  in  semiconductors 

superlattices”, Sov Phys Tech Semicond, Vol 12, No. 10, p.1932. 

10 N.Q.Bau,  D.M.Hung  and  L.T.Hung  (2010),  “The  influences  of  confined  phonons  on  the  nonlinear  absorption  coefficient  of  a  strong  electromagnetic  wave  by  confined  electrons  in 

doping superlattices”, PIER Letters, Vol. 15, p.175. 

11 N.Q.Bau  and  D.M.Hung,  “Calculating  of  the  nonlinear  absorption  coefficient  of  a  strong 

electromagnetic wave by confined electrons in doping superlattices”, PIER B 25 (2010) 39. 

12 N.Q.Bau, D.M.Hung and N.B.Ngoc (2009), “The nonlinear absorption coefficient of a strong 

electromagnetic wave caused by confined electrons in quantum wells”, J Korean Phys. Soc 54, 

p.765. 

HIỆU ỨNG KÍCH THÍCH QUANG LƯỢNG TỬ TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬT VỚI HỐ THẾ CAO VÔ HẠN TRONG TRƯỜNG HỢP TÁN XẠ ELECTRON – PHONON ÂM

Tóm tắt: Thu được biểu thức giải tích cho mật độ dòng điện trên cơ sở phương trình động

lượng tử cho các eletrons dưới ảnh hưởng của các trường sóng điện từ phân cực thẳng, điện trường không đổi và laze cường độ mạnh trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn trong trường hợp tán xạ electron-phonon âm Mật độ dòng điện là một hàm số phụ thuộc vào tần số của laze, tần số của sóng điện từ phân cực thẳng, nhiệt độ hệ và kích thước của dây lượng tử Biểu thức giải tích của mật độ dòng được đánh giá số và vẽ đồ thị cho dây lượng tử đặcbiệt GaAs/AlGaAs Các kết quả nhận được trong dây lượng tử được

so sánh với các kết quả tương ứng trong bán dẫn khối và siêu mạng cho thấy sự khác biệt

Từ khóa: Bán dẫn, hố lượng tử, dây lượng tử, siêu mạng, chấm lượng tử

 

Ngày đăng: 31/07/2021, 22:04

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

🧩 Sản phẩm bạn có thể quan tâm

w