Спектри та взаємодія квазічастинок у комбінованих наносистемах аксіальної симетрії

Теорія електронного та екситонного спектра у надгратці циліндричних напівпровідникових квантових точок. Теорія активної провідності та її залежність від геометричних параметрів циліндричної напівпровідникової двобар’єрної резонансно-тунельної структури.

Рубрика Физика и энергетика
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 27.07.2015
Размер файла 302,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Здійснивши розрахунок потоків електронів, що виходять з квантового дроту з обох його боків, у квазістатичному наближенні отримується аналітичний вираз для дійсної частини активної провідності:

.(23)

Розрахунок виконувався на прикладі відкритої циліндричної двохбар'єрної резонансно-тунельної структури , яка часто досліджується експериментально.

На рис. 14 а приведено приклад розрахованої (при , , ) провідності , як функції від енергії () падаючого на РТС моноенергетичного пучка невзаємодіючих між собою електронів з концентрацією , та від енергії () електромагнітного поля, що при цьому випромінюється , чи поглинається . Провідність РТС формується у результаті квантових переходів електронів між початковими станами, з яких здійснюється перехід у кінцеві стани, в які він відбувається. Переходи з нижчих у вищі КСС формують позитивну провідність () і відбуваються з поглинанням енергії електромагнітного поля, а переходи з вищих у нижчі КСС формують негативну провідність і відбуваються з випромінюванням електромагнітного поля. Зокрема на рис. 14 а зображено провідність, що формується переходами між КСС і .

Як видно з рис. 14 а, провідність має екстремуми () у точках на площині (, ) з координатами по енергії електрона і по енергії поля , що знаходяться у околах резонансних енергій і модуля різниці резонансних енергій відповідно.

У загальному випадку, якщо енергія налітаючих на РТС електронів перебуває в околах резонансних енергій , то екстремальні значення і досягаються у точках , причому ,, тобто максимальні значення формуються квантовими переходами електрона між сусідніми КСС, а переходи у всі інші стани формують тим менші значення провідності, чим більша різниця . Отже переходи вважаються "дозволеними", а всі інші - "забороненими".

З фізичних міркувань зрозуміло, що властивості провідності двобар'єрної РТС безпосередньо пов'язані з властивостями резонансних енергій і ширин відповідних КСС електрона, переходи між якими і формують величини у околах відповідних енергій і частот . Для того, щоби детально проаналізувати цей важливий зв'язок, доцільно увести поняття середнього контура провідності , під яким розуміється лінія перетину функції площиною, паралельною до площини , що проходить на половині висоти () (рис.14б).

З рис. 14 б видно, що проекція середнього контура на вісь енергій практично збігається з резонансною шириною того КСС, резонансна енергія якого найближча до енергії електронів, що потрапляють на РТС. Проекція на вісь відрізка, який утворюється між двома точками перетину середнього контуру лінією паралельною до осі , що проходить крізь точку , практично збігається з резонансною шириною того КСС, на який відбувається квантовий перехід. Оскільки введені параметри однозначно характеризують провідність незалежно від геометричних розмірів КД, то вони одночасно є зручними параметрами, які дозволяють безпосередньо з експериментально виміряних величин знаходити резонансні енергії і ширини КСС електронів у відкритих РТС.

Відзначимо, що збільшення у однотипних переходах не змінює суттєво форму (топологію) контурів, однак їхні розміри зменшуються. Це зрозуміло з фізичних міркувань, оскільки збільшення висоти () циліндричної КТ збільшує її об'єм, унаслідок чого зменшуються значення усіх резонансних енергій, що, у свою чергу, збільшує "ефективну висоту" потенціального бар'єра, а отже і різко зменшує резонансні ширини КСС.

На рис. 15 зображено залежність максимального значення () провідності від товщин (,) обох потенціальних бар'єрів у випадку переходів електронів із основного на перший збуджений резонансний енергетичний рівень (циліндрична нано-РТС працює у режимі сенсора).

З рисунка видно, що при однаковому збільшенні товщин обох бар'єрів максимальне значення провідності лише зростає. За фіксованого значення товщини () першого бар'єра величина зі збільшенням спочатку зростає, а потім виходить на насичення. У випадку ж збільшення за фіксованої товщини () другого бар'єра провідність спочатку зростає, а потім монотонно спадає.

Така поведінка провідності цілком зрозуміла з фізичних міркувань. Справді, однакове збільшення і різко (експоненційно) зменшує резонансні ширини квазістаціонарних станів, між якими здійснюються переходи. При цьому часи життя електронів у відповідних станах зростають, а отже збільшується і ефективність взаємодії квазічастинок з електромагнітним полем.

За фіксованої товщини () лівого бар'єра збільшення товщини () правого у межах зменшує величини резонансних ширин швидко, а у межах - повільно, з виходом на насичення (оскільки наносистема з двобічно відкритої переходить в однобічно відкриту). При цьому зрозуміло, що більшість електронів повертаються із РТС на вхід, майже цілком відбиваючись від вихідного бар'єра з великою товщиною .

Збільшення товщини () вхідного бар'єра завжди викликає збільшення відбивання потоку електронів від РТС, а отже приводить до зменшення величини .

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Використовуючи модифікований метод приєднаних плоских хвиль, побудовано теорію енергетичних спектрів електронів, дірок та екситонів у надгратці циліндричних напівпровідникових квантових точок з гранично слабким зв'язком між різними шарами квантових точок. Показано, що основна електронна (діркова) мінізона добре апроксимується квадратичною залежністю від квазіімпульса, а ефективні маси квазічастинок суттєво залежить від геометричних характеристик НЦКТ. Встановлено, що рух електрона (дірки) в площині надгратки, в межах енергій, що відповідають мінізоні, можливий лише за умови, що відношення висоти до радіуса циліндричної квантової точки () перевищує деяке критичне значення (). Виявлено, що у НЦКТ знімається виродження за енергією легких і важких дірок у точці з квазіімпульсом , а величина розщеплення зростає при збільшенні відстані між ЦКТ і зменшується при збільшення висоти чи радіуса КТ.

2. Показано, що екситонний спектр НЦКТ добре апроксимується моделлю квазідвовимірного екситона Сугано-Шінади. Встановлено, що, як енергія зв'язку, так і енергія екситонного збудження визначаються складною залежністю як від геометричних характеристик НЦКТ, так і від глибини потенціальних ям і величин ефективних мас квазічастинок, які утворюють екситон.

3. На основі моделі ефективних мас і прямокутних потенціалів для електрона і дірки, та в моделі діелектричного континууму для фононів, розвинута теорія екситонного спектра масиву шестигранних нанотрубок з урахуванням електрон-діркової та екситон-фононної взаємодій.

Установлено, що властивості екситонного спектра шестигранних нанотрубок у середовищі у залежності від геометричних параметрів наносистеми, в основному, зумовлені залежностями розмірно квантованих енергій електрона і дірки, що утворюють екситон. Енергії взаємодії електрона і дірки не перевищують 10 меВ, а зміщення екситонних рівнів за рахунок взаємодії з поляризаційними фононами мають такий же порядок величин.

4. Виявлено, що як за положенням у шкалі енергій, так і за величинами інтенсивностей квантових переходів, два експериментально виявлені піки у спектрі випромінювання з енергіями і відповідають екситонним станам з енергіями і .

5. Установлено, що при русі електрона (дірки) в циліндричному квантовому дроті виникає поняття скорельованої ефективної маси, поява якої зумовлена імовірнісним характером руху квазічастинки. Показано, що максимальне значення квазіімпульсу електрона (дірки) завжди менше, ніж і залежить як від радіуса КД, так і від положення енергетичного рівня квазічастинки у квантовій ямі наносистеми.

6. Побудовано теорію енергетичних спектрів електрона, дірки та екситона у комбінованій наносистемі, що є квантовим дротом, який перетинає квантову плівку у зовнішньому середовищі. Встановлено, що через просторову складність системи, електронні та діркові стани характеризуються крім трьох квантових чисел (, , ) ще двома числами (, ), від яких залежать хвильові функції і енергетичний спектр.

7. Показано, що залежність енергії зв'язку екситона у циліндричному квантовому дроті з двома квантовими точками від висоти однієї з КТ має немонотонний характер. Залежність цієї ж енергії від товщини шару-бар'єру, що відділяє КТ навпаки - монотонна з виходом на насичення. Така поведінка енергії зв'язку цілком зумовлюється перекриттям відповідних електронних та діркових хвильових функцій.

З'ясовано, що зі збільшенням величини напруженості електричного поля, ймовірність перебування електрона у стані значно зростає у другій ямі, а у стані - у першій. Зміна напруженості поля майже не впливає на просторову локалізацію дірки у цих же станах. Отже, зміною напруженості зовнішнього електричного поля, прикладеного до наногетеросистеми, можна цілеспрямовано керувати спектральними параметрами електронів, дірок і екситонів у ній.

8. Методом -матриці розвинуто теорію резонансних квазістаціонарних станів електрона, дірки, екситона та у моделі діелектричного континнуму фононних спектрів у напівпровідниковій закрито-відкритій ЦКТ, розташованій у циліндричному квантовому дроті, та в квантовій плівці, які знаходяться у закритому зовнішньому середовищі.

9. З'ясовано, що залежно від вимірності простору, в який можуть проникати квазічастинки з однієї і тієї ж відкритої циліндричної квантової точки в залежності від геометричних параметрів наносистеми, спектральні характеристики електронів, дірок і екситонів відрізняються лише кількісно. Унаслідок доброї локалізації у просторі ЦКТ потенціальними бар'єрами товщиною у кілька моношарів, екситони Брейт-Вігнерівського типу мають достатні часи життя і можуть спостерігатися експериментально.

Показано, що обмежені фонони бездисперсійні, а їхні енергії співпадають із енергіями поздовжних оптичних фононів відповідних масивних аналогів складових наносистем. Для обох типів наносистем інтерфейсні фонони поділяються на два типи: TSO-плоскоповерхневі, та SSO-бокової поверхні. Усі гілки TSO- і SSO-фононів розташовуються між енергіями ЩTi і ЩLi відповідних масивних кристалів, незалежно від геометричних розмірів елементів наносистеми та мають слабку дисперсію при всіх значеннях квантових чисел.

10. Показано, що резонансні енергії і ширини КСС електронів, дірок і екситонів у відкритій ЦКТ у ЦКД з потужними, але тунельно-прозорими бар'єрами, розраховані трьома різними методами: коефіцієнтом прозорості , -матрицею і вперше застосованою функцією розподілу густини ймовірності, дають практично одинакові результати. Якщо ж тунельно-прозорі бар'єри слабкі, то РЕ і РШ адекватно визначаються саме функцією , тоді як -метод не визначає, а -метод лише наближено визначає спектральні параметри КСС.

11. З'ясовано, що спектральні параметри квазічастинок у простій відкритій двобар'єрній ЦКТ у ЦКД завжди і з достатньою точністю можуть бути апроксимовані відповідними спектральними параметрами квазічастинок у триямній закритій ЦКТ у ЦКД. Виявлений у роботі механізм формування квазістаціонарного спектру у відкритій КТ зі стаціонарного спектру закритої КТ з достатньо широкими зовнішніми ямами, дозволив розв'язати задачу про екситонний спектр простої відкритої ЦКТ у ЦКД, з урахуванням електрон-діркової взаємодії.

12. Запропонована теорія провідності циліндричної нано-РТС з двома прямокутними потенціальними бар'єрами дозволила визначити контур провідності, відповідні проекції якого безпосередньо визначають резонансні енергії та ширини КСС електронів у досліджуваній відкритій РТС.

Показано, що у залежності від геометричних параметрів циліндричної двобар'єрної нано-РТС і величин енергій, налітаючих на систему моноенергетичних електронів, ці системи можуть бути активними елементами чи квантового каскадного лазера (при негативній провідності), чи наносенсора (при позитивній провідності) у потрібному діапазоні частот.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

Electron and hole spectra in the superlattice of cylindrical quantum wires / M.V.Tkach, I.V.Pronyshyn, A.M.Makhanets, G.G.Zegrya, V.N.Golovach // Condensed Matter Physics. - 1999. - V. 2, № 3 (19). - P. 553 - 560.

Tkach N. V. Energy spectrum of electron in quasiplane superlattice of cylindrical quantum dots / N.V. Tkach, A.M. Makhanets, G.G Zegrya // Semicond. Sci. Technol. - 2000. - V. 15, № 4. - P. 395 - 398.

Ткач Н.В. Электроны, дырки и экситоны в сверхрешетке цилиндрических квантовых точек с предельно слабой связью квазичастиц между слоями квантовых точек / Н.В.Ткач, А.М.Маханец, Г.Г.Зегря // ФТП. - 2002. - Т. 36, № 5. - С. 543 - 549.

Ткач М.В. Спектри електронів, дірок та екситонів у квазідвовимірній надгратці циліндричних квантових точок / М.В. Ткач, О.М. Маханець, Г.Г. Зегря // Наук. вісник Чернівецького університету: Збірник наукових праць. Фізика. Електроніка. - 2002. - Вип. 132. - C. 59 - 64.

М.В.Ткач М.В. Спектри електронів і дірок у надгратці циліндричних квантових точок з гранично слабким зв'язком квазічастинок між шарами квантових точок / М.В.Ткач, О.М.Маханець, Г.Г.Зегря // Укр. фіз. журн. - 2003. - Т. 48, № 2. - С. 155 - 160.

Holovatsky V.A. Energy spectrum of electron in superlattice along the elliptic nanowire / V.A. Holovatsky, V.I. Gutsul, O.M. Makhanets // Rom. Journ. Phys. - 2007. - V. 52, № 3 - 4. - P. 327 - 335.

Ткач М.В. Екситонний спектр у циліндричній квантовій нанотрубці / М.В.Ткач, О.М.Маханець, А.М.Грищук // Журн. фіз. досліджень. - 2007. - Т. 11, № 2. - С. 220 - 225.

Exciton in quantum tube with hexagon cross / M.Tkach, O.Makhanets, A.Gryschyk, R.Fartushynsky // Rom. Journ. Phys. - 2009. - V. 54, № 1 - 2. - P. 37 - 45.

Ткач М.В. Спектр випромінювання в шестигранній нанотрубці з урахуванням екситон-lo-фононної взаємодії / М.В. Ткач, О.М. Маханець, М.М. Довганюк // Наук. вісник Чернівецького університету: Збірник наукових праць. Фізика. Електроніка. - 2008. - Вип. 420. - С. 23 - 27.

Ткач Н.В. Теория экситонного спектра массива удалённых друг от друга шестигранных нанотрубок / Н.В.Ткач, А.М.Маханец, Н.Н.Довганюк // ФТТ. - 2009. -Т. 51, № 12. - С. 2379 - 2385.

Exciton spectrum in hexagon nanotube accounting exciton-phonon interaction / M.Tkach, O.Makhanets, M.Dovganiuk, O.Voitsekhivska // Physica E. - 2009. - V. 41. - P. 1469 - 1474.

М.В.Ткач М.В. Властивості фононних, електронних та діркових спектрів деяких циліндричних наногетеросистем / М.В.Ткач, О.М.Маханець, І.В.Проц // Укр. фіз. журн.- 2001. - Т. 46, № 7. - С. 727 - 734.

Спектри квазічастинок у багатошарових напівпровідникових наногетеросистемах / М.В.Ткач, О.М.Войцехівська, В.А.Головацький, О.М.Маханець, А.М.Грищук // Журн. фіз. досліджень. - 2006. -Т. 10, № 4. - С. 315 - 329.

Ткач М.В. Властивості спектра електронів і дірок у квантовому дроті, що перетинає плоску квантову яму в зовнішньому середовищі / М.В.Ткач, О.М.Маханець, А.М.Грищук // Журн. фіз. досліджень. - 2006. - Т. 10, № 3. - С. 227 - 233.

Грищук А.М. Властивості спектра квазічастинок та повного набору хвильових функцій у комбінованій наногетеросистемі / А.М.Грищук, О.М.Маханець // Наук. вісник Чернівецького університету: Збірник наукових праць. Фізика. Електроніка. - 2006. - Вип. 303. - С. 21 - 24.

Makhanets O.M. Influence of electric field at electron energy spectrum in cylindrical quantum wire with two quantum dots / O.M. Makhanets, A.M. Gryschyk, M.M. Dovganiuk // Rom. Journ. Phys. - 2007. - V. 52, № 3 - 4. - P. 403 - 408.

Makhanets О.М. Electron, hole, and exciton spectra in a quantum wire crossing the quantum well / О.М. Makhanets, А.М. Gryschuk, М.V. Тkach // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2007. -V. 10, № 3. - P. 51 - 57.

Makhanets O. Electron and hole spectra in quantum wire with two quantum dots in the electric field / O.Makhanets, A.Gryschyk, M.Dovganiuk // Condensed Matter Physics. - 2007. - V. 10, № 1 (49). - P. 69 - 74.

Ткач М.В. Електронний і екситонний спектри в закритій подвійній квантовій точці, що розташована у квантовій дротині циліндричної форми / М.В.Ткач, О.М.Маханець, М.М.Довганюк // Журн. фіз. досліджень. - 2009. -Т. 13, № 1. - С. 1702-1 - 1702-8.

Holovatsky V.A. Oscillator strengths of electron quantum transitions in spherical nanosystems with donor impurity in the center / V.A. Holovatsky, O.M. Makhanets, O.M. Voitsekhivska // Physica E. - 2009. - V. 41. - P. 1522 - 1526.

Electron and exciton spectra in opened nanoheterosystems / M.V.Tkach, V.A.Holovatsky, Y.M.Berezovs'ky, O.M.Makhanets, O.D.Val' // Proceedings of SPIE. - 2004. -V. 5582. - P. 53 - 60.

Ткач М.В. Теорія фононного спектра в циліндричних квантових точках у квантових дротах, розташованих у тривимірному середовищі / М.В.Ткач, В.П.Жаркой, О.М.Маханець // Журнал фіз. досліджень. - 2005. - Т. 9, № 2. - С. 163 - 167.

Ткач М.В.Спектри і часи життя електрона, дірки та екситона у відкритих циліндричних квантових точках, що розташовані у квантових дротах або квантових ямах / М.В.Ткач, О.М.Маханець, А.М.Грищук // Укр. фіз. журн. - 2005. - Т. 50, № 12. - С. 1288 - 1295.

Ткач Н.В. Спектры и времена жизни квазичастиц в открытой квантовой точке, окруженной одинаковыми барьерами в цилиндрической квантовой проволоке / Н.В.Ткач, А.М.Маханец // ФТТ. - 2005. - Т. 47, № 3. - С. 550 -555.

Makhanets O.M. Confined and interface phonons in combined cylindrical nanoheterosystem / O.M. Makhanets, O.M. Voitsekhivska, A.M. Gryschyk // Condensed Matter Physics. -2006. - V. 9, № 4 (48). - P. 719 - 724.

Маkhanets О.М.Spectrum of confined and interface phonons in complicated cylindrical nanoheterosystem placed into the plane quantum well in water / О.М.Маkhanets, О.М.Voitsekhivska, А.М.Gryschyk // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2007. - V. 9, № 5. - P. 1564 - 1567.

Quasistationary electron spectrum in one-side opened quantum dot in cylindrical quantum wire / O.Makhanets, M.Dovganiuk, J. Seti, V.Holovatsky // Rom. Journ. Phys. - 2009. - V. 54, № 1 - 2. - P. 57 - 64.

Stationary and quasi-stationary electron spectrum in quantum wire and quantum anti-dot with impurity / M.Tkach, V.Holovatsky, O.Makhanets, M.Dovganiuk // Journal of Physical Studies. - 2009. - V. 13, № 4. - P. 4706-1 - 4706-6.

Ткач М.В. Еволюція електронного спектра в триямній закритій циліндричній квантовій точці у квантовому дроті при зміні висот зовнішніх квантових точок / М.В. Ткач, О.М. Маханець, М.М. Довганюк // Фізика і хімія твердого тіла. - 2009. - Т. 10, № 4. - С. 745 - 751.

Electronic conductivity in open cylindrical two-barrier symmetric resonance tunnel structure / М.V. Tkach, О.M. Мakhanets, Ju.O. Seti, M.M.Dovganiuk, O.M.Voitsekhivska // Acta Physica Polonica A. - 2010. - V. 117, № 6. - P. 965 - 970.

Властивості електронної провідності двобар'єрної симетричної наноструктури циліндричної форми / М.В.Ткач, О.М.Маханець, Ю.О.Сеті, М.М.Довганюк, О.М.Войцехівська // Журн. фіз. досліджень. - 2010. -Т. 14, № 3. - С. 3703-1 - 3703-7.

АНОТАЦІЇ

Маханець О.М. Спектри та взаємодія квазічастинок у комбінованих наносистемах аксіальної симетрії - рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2010.

Наведено результати теоретичного дослідження стаціонарних та квазістаціонарних станів квазічастинок у складних комбінованих закритих та відкритих наносистемах аксіальної симетрії.

Досліджено залежність екситонного спектра (з урахуванням енергії зв'язку) від геометричних параметрів надгратки циліндричних напівпровідникових квантових точок.

Побудовано послідовну теорію енергетичного спектра і хвильових функцій електрона та екситона (з урахуванням екситон-фононної взаємодії) у масиві шестигранних напівпровідникових нанотрубок.

Побудовано теорію енергетичного спектра електрона, дірки і екситона у закритих циліндричних наносистемах зі складною просторовою структурою: циліндричний квантовий дріт з двома квантовими точками та циліндрична квантова точка, що утворюється перетином квантового дроту і квантової плівки.

Досліджено властивості резонансних енергій та ширин квазістаціонарних станів електрона у простій відкритій циліндричній квантовій точці у квантовому дроті.

У наближенні слабкого сигналу побудовано теорію активної провідності та досліджено її залежність від геометричних параметрів циліндричної напівпровідникової двохбар'єрної резонансно-тунельної структури.

Ключові слова: енергетичний спектр, електрон, екситон, фонон, квантовий дріт, квантова точка, нанотрубка.

Маkhanets О.М. Spectra and Interaction of Quasi-particles in Combined Nanosystems of Axial Symmetry - Manuscript.

The Doctor of Science in Physics and Mathematics Dissertation, Speciality: 01.04.10 - Physics of Semiconductors and Insulators. - Yuriy Fedkovych National University of Chernivtsi . - Chernivtsi, 2010.

The results of theoretical investigation of stationary and quasi-stationary quasi-particles states in complicated combined closed and opened nanosystems of axial symmetry are presented.

The dependences of exciton spectrum (taking into account the binding energy) on geometric parameters of superlattice of cylindrical semiconductor quantum dots are investigated.

The consequent theory of electron and exciton energy spectra and wave functions (taking into account the exciton-phonon interaction) in the array of hexagon semiconductor nanotubes is developed.

The theory of electron, hole and exciton energy spectra in closed cylindrical nano systems with complicated spatial structure: cylindrical quantum wire with two quantum dots and cylindrical quantum dot, obtained within the cross of quantum wire and quantum film are established.

Within the approximation of weak signal it is established the theory of active conductivity and its dependences on geometric parameters of cylindrical semiconductor two barrier resonance tunnel structure are studied.

Key words: energy spectrum, electron, exciton, phonon, quantum wire, quantum dot, nanotube.

Маханец А. Спектры и взаимодействие квазичастиц в комбинированных наносистемах аксиальной симметрии - рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Чер-новицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2010.

Диссертация посвящена теоретическому исследованию стационарных и квазистационарных состояний квазичастиц в сложных комбинированных закрытых и открытых наносистемах аксиальной симметрии.

Используя модифицированный метод присоединённых плоских волн, построена теория энергетических спектров электронов, дырок и экситонов в сверхрешётке цилиндрических полупроводниковых квантовых точек с предельно слабой связью между различными слоями квантовых точек. Показано, что основная электронная (дырочная) минизона хорошо аппроксимируется квадратической зависимостью от квазиимпульса, а эффективные массы квазичастиц существенно зависят от геометрических характеристик сверхрешётки. Установлено, что движение электрона (дырки) в плоскости сверхрешётки, в пределах энергий, отвечающих минизоне, возможно только при условии, что отношение высоты к радиусу цилиндрической квантовой точки превышает некоторое критическое значение.

Показано, что экситонный спектр сверхрешётки хорошо аппроксимируется моделью квазидвумерного экситона Сугано-Шинады. Установлено, что, как энергия связи, так и энергия экситонного возбуждения определяются сложной зависимостью как от геометрических характеристик сверхрешётки, так и от глубины потенциальных ям и величин эффективных масс квазичастиц, образующих экситон.

На основе модели эффективных масс и прямоугольных потенциалов для электрона и дырки, и в модели диэлектрического континуума для фононов, развита теория экситонного спектра массива шестигранных нанотрубок с учётом электрон-дырочного и экситон-фононного взаимодействий. Установлено, что свойства экситонного спектра шестигранных нанотрубок в среде в зависимости от геометрических параметров наносистемы, в основном, обусловлены зависимостями размерно квантованных энергий электрона и дырки, образующих экситон. Обнаружено, что как за положением в шкале энергий, так и за величинами интенсивностей квантовых переходов, два экспериментально полученных пика в спектре излучения с энергиями и отвечают экситонным состояниям с энергиями и .

Построена теория энергетических спектров электрона, дырки и экситона в комбинированной наносистеме, состоящей из квантовой проволоки, пересекающей квантовую плёнку во внешней среде. Показано, что из-за пространственной сложности наносистемы, состояния электрона и дырки кроме трёх квантовых чисел (, , ) характеризуются ещё двумя числами (, ), от которых зависят энергии и волновые функции квазичастиц.

Показано, что зависимость энергии связи экситона в цилиндрической квантовой проволоке с двумя квантовыми точками от высоты одной из точек имеет немонотонный характер. Зависимость этой же энергии от толщины слоя-барьера, разделяющего квантовые точки наоборот - монотонная с выходом на насыщение.

Методом -матрицы развита теория резонансных квазистационарных состояний электрона, дырки и экситона в полупроводниковой закрыто-открытой цилиндрической квантовой точке, расположенной в квантовой проволоке, и в квантовой плёнке во внешней среде. Установлено, что в зависимости от мерности пространства, в которое могут проникать квазичастицы из одной и той же открытой цилиндрической квантовой точки, спектральные характеристики и времена жизни электронов, дырок и экситонов значительно отличаются количественно, хотя качественно имеют похожие зависимости от геометрических параметров наносистемы.

Показано, что резонансные энергии и ширины квазистационарных состояний электронов, дырок и экситонов в открытой цилиндрической квантовой точке в квантовой проволоке с мощными, но туннельно-прозрачными барьерами, рассчитанные тремя разными методами: коэффициентом прозрачности , -матрицей и впервые использованной функцией распределения плотности вероятности, дают практически одинаковые результаты. Если же туннельно-прозрачные барьеры слабые, то резонансные энергии и ширины адекватно определяются только функцией , тогда как -метод не определяет, а -метод только приближённо определяет спектральные параметры квазистационарных состояний.

Предложенная теория проводимости цилиндрической нано-резонансно-туннельной структуры (РТС) с двумя прямоугольными потенциальными барьерами позволила определить контур проводимости, соответствующие проекции которого непосредственно определяют резонансные энергии и ширины квазистационарных состояний электронов в исследуемой открытой РТС.

Показано, что в зависимости от геометрических параметров цилиндрической двухбарьерной нано-РТС и величин энергий, налетающих на систему моноэнергетических электронов, эти системы могут быть активными элементами или квантового каскадного лазера (при негативной проводимости), или наносенсора (при позитивной проводимости) в нужном диапазоне частот.

Ключевые слова: энергетический спектр, электрон, экситон, фонон, квантовая проволока, квантовая точка, нанотрубка.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Нанорозмірні матеріали як проміжні між атомною та масивною матерією. Енергетичні рівні напівпровідникової квантової точки і їх різноманіття. Літографічний, епітаксіальний та колоїдний метод отримання квантових точок, оптичні властивості та застосування.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 09.04.2010

  • Єдина теорія полів і взаємодій у цей час. Об'єднання слабкої й електромагнітної взаємодій елементарних часток. Мрія Ейнштейна у пошуках єдиної теорії будови Всесвіту. Основної ідеї та теоретичні досягнення у теорії суперструн на сьогоднішній день.

    курсовая работа [474,6 K], добавлен 25.01.2011

  • Природа обертових, коливних і електронних спектрів. Обертовий рух, обертові спектри молекул. Рівні молекул сферичного ротатора. Спектри молекул типу асиметричного ротатора. Класифікація нормальних коливань по формі і симетрії. Електронні спектри молекул.

    контрольная работа [1,7 M], добавлен 19.12.2010

  • Розробка теорії квантових релятивістських ферміонних систем з вихровим дефектом при скінченній температурі. Побудування теорії індукування кутового моменту в релятивістському фермі-газі з магнітним вихровим дефектом, індукування заряду основного стану.

    автореферат [18,1 K], добавлен 11.04.2009

  • Дослідження перехідних процесів в лінійних ланцюгах першого порядку (диференцюючи та интегруючи ланцюги), нелінійних ланцюгів постійного струму, ланцюгів, що містять несиметричні нелінійні єлементи. Характеристики і параметри напівпровідникових діодів.

    курс лекций [389,7 K], добавлен 21.02.2009

  • Акумуляція енергії в осередку. Анізотропія електропровідності МР, наведена зовнішнім впливом. Дія електричних і магнітних полів на структурні елементи МР. Дослідження ВАХ МР при різних темпах нагружения осередку. Математична теорія провідності МР.

    дипломная работа [252,7 K], добавлен 17.02.2011

  • Лазери за невеликий час ввійшли в життя та побут людини. Винайденню цього пристрою людство повинно завдячувати радіофізикам. Квантова теорія як передісторія виникнення лазера. Дослідження радянських та американських вчених в галузі лазерної фізики.

    реферат [18,8 K], добавлен 09.07.2008

  • Загальна теорія відносності А. Ейнштейна та квантова теорія поля. Поставлені цілі та технічні характеристики великого андронного колайдера. Процес прискорення частинок у колайдері. Плани по використанню на найближчі кілька років та український внесок.

    презентация [520,5 K], добавлен 07.11.2010

  • Застосування індуктивних нагромаджувачів, розрахунок параметрів. Процеси розмикання струму та генерації електронного пучка. Дослідження характеристик електронного прискорювача з плазмоерозійним розмикачем в залежності від індуктивності нагромаджувача.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 22.09.2011

  • Розміри та маси атомів, їх будова. Заряд і маса електрону. Квантова теорія світла, суть лінійчатого характеру атомних спектрів. Квантово-механічне пояснення будови молекул. Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв’язку. Молекулярні орбіталі.

    лекция [2,6 M], добавлен 19.12.2010

  • Дослідження функцій, які описують спектри модуляційного фотовідбивання; експериментально отримано спектри модуляційного фотовідбивання для епітаксійних плівок; засобами пакету MatLab апроксимовано експериментальні спектри відповідними залежностями.

    курсовая работа [815,3 K], добавлен 08.06.2013

  • Характеристика світла як потоку фотонів. Основні положення фотонної теорія світла. Визначення енергії та імпульсу фотона. Досліди С.І. Вавилова, вимірювання тиску світла. Досліди П.М. Лебєдева. Ефект Компотна. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла.

    лекция [201,6 K], добавлен 23.11.2010

  • Класифікація напівпровідникових матеріалів: германія, селену, карбіду кремнію, окисних, склоподібних та органічних напівпровідників. Електрофізичні властивості та зонна структура напівпровідникових сплавів. Методи виробництва кремній-германієвих сплавів.

    курсовая работа [455,9 K], добавлен 17.01.2011

  • Методи створення селективних сенсорів. Ефект залежності провідності плівки напівпровідникових оксидів металів від зміни навколишньої атмосфери. Види адсорбції. Природа адсорбційних сил. Установка для вимірювання вольт-амперних характеристик сенсора.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 27.05.2013

  • Електродинаміка напрямних систем. Процеси у провідниках. Параметри передачі симетричного кола. Рівняння однорідної лінії. Передача енергії симетричним колом з урахуванням втрат. Розрахунок параметрів передачі симетричних кіл. Поле коаксіальої пари.

    реферат [851,4 K], добавлен 22.03.2011

  • Дослідження кривих гістерезису. Залежність магнітної індукції від напруженості магнітного поля. Сучасна теорія феромагнетиків. Процеси намагнічування феромагнетика. Методика дослідження кривих, петлі гістерезису феромагнетика за допомогою осцилографа.

    реферат [690,1 K], добавлен 21.06.2010

  • Вивчення зонної структури напівпровідників. Поділ речовин на метали, діелектрики та напівпровідники, встановлення їх основних електрофізичних характеристик. Введення поняття дірки, яка є певною мірою віртуальною частинкою. Вплив домішок на структуру.

    курсовая работа [1002,2 K], добавлен 24.06.2008

  • Розрахунок стержневого трансформатора з повітряним охолодженням. Визначення параметрів і маси магнітопроводу, значення струму в обмотках, його активної потужності. Особливості очислення параметрів броньового трансформатора, його конструктивних розмірів.

    контрольная работа [81,7 K], добавлен 21.03.2013

  • Загальні теореми про спектри, засновані на властивостях перетворення Фур'є. Метод дослідження спектральної щільності. Спектральні характеристики аналізу нічного сну, оцінки впливу прийому психотропних препаратів, прогнозу при порушеннях кровообігу.

    реферат [50,0 K], добавлен 27.11.2010

  • Кристалічна структура металів та їх типові структури. Загальний огляд фазових перетворень. Роль структурних дефектів при поліморфних перетвореннях. Відомості про тантал та фазовий склад його тонких плівок. Термодинамічна теорія фазового розмірного ефекту.

    курсовая работа [8,1 M], добавлен 13.03.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.