Ảnh hưởng của sự giam giữ phonon lên cộng hưởng từ phonon trong giếng lượng tử tử vuông góc sâu vô hạn

Công suất hấp thụ sóng điện từ trong giếng lượng tử vuông góc sâu vô hạn khi có mặt của từ trường và trường laser được khảo sát bằng phương pháp toán tử chiếu cô lập. Sự phụ thuộc công suất hấp thụ vào năng lượng photon được tính số và vẽ đồ thị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của sự giam giữ phonon lên cộng hưởng từ phonon trong giếng lượng tử tử vuông góc sâu vô hạn ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM GIỮ PHONON LÊN CỘNG HƯỞNG TỪ-PHONON TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ TỬ VUÔNG GÓC SÂU VÔ HẠN NGUYỄN THỊ THANH HÀ 1 , LÊ ĐÌNH 2 1 Học viên Cao học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế 2 Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Tóm tắt: Công suất hấp thụ sóng điện từ trong giếng lượng tử vuông góc sâu vô hạn khi có mặt của từ trường và trường laser được khảo sát bằng phương pháp toán tử chiếu cô lập. Sự phụ thuộc công suất hấp thụ vào năng lượng photon được tính số và vẽ đồ thị. Từ đồ thị, mô tả sự phụ thuộc của công suất hấp thụ vào năng lượng photon, chúng tôi khảo sát các đỉnh cộng hưởng từ-phonon, từ đó sử dụng phương pháp Profile để thu được độ rộng vạch phổ của các đỉnh cộng hưởng này. Kết quả thu được cho thấy sự xuất hiện các đỉnh thỏa mãn các điều kiện cộng hưởng từ-phonon và độ rộng vạch phổ của đỉnh cộng hưởng tăng theo nhiệt độ và từ trường. Từ khóa: Giếng lượng tử, thế vuông góc sâu vô hạn, công suất hấp thụ sóng điện từ, cộng hưởng từ-phonon, độ rộng vạch phổ. 1. MỞ ĐẦU Cộng hưởng từ-phonon (sau đây gọi tắt là cộng hưởng MPR) là sự tán xạ cộng hưởng electron gây ra bởi sự hấp thụ hay phát xạ phonon khi khoảng cách giữa hai mức Landau bằng năng lượng của phonon. Hiện tượng MPR có thể được quan sát trực tiếp khi có sự tham gia của photon, lúc đó ta có cộng hưởng từ-phonon dò tìm bằng quang học (ODMPR). Cộng hưởng MPR lần đầu được nghiên cứu lý thuyết bởi Gurevich và Firsor [1], sau đó Barnes và đồng nghiệp quan sát bằng thực nghiệm vào năm 1991 [2]. MPR xảy ra ở nhiều vật liệu bán dẫn, hợp kim như Si, Insb, GaAs, CdTe cũng như trong các hệ thấp chiều [3]. Tiếp theo đó, G.Q. Hai và F.M. Peeters [4] chứng minh về lý thuyết rằng các hiệu ứng MPR có thể được quan sát trực tiếp thông qua việc nghiên cứu dò tìm bằng quang học cộng hưởng từ-phonon (ODMPR) trong hệ bán dẫn khối GaAS. S.Y. Choi, S.C. Lee và đồng nghiệp đã khảo sát chi tiết các hiệu ứng ODMPR trong bán dẫn khối và siêu mạng bán dẫn [5], [6]. Trong nghiên cứu ảnh hưởng của sự giảm kích thước lên chuyển động của phonon đã có một số mô hình phonon giam giữ được đưa ra, trong đó mô hình Huang-Zhu (HZ) được chấp nhận để mô tả sự giam giữ phonon trong giếng lượng tử [7]. Kết quả tính số cho các mode giam giữ được mô tả bằng mô hình slab của Fuchs-Kliewer [8], và mô hình guided của Ridley cũng được quan tâm [9]. 390 HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA CÁC NHÀ NGHIÊN CỨU TRẺ | 11/2019 Trong bài báo này, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của sự giam giữ phonon lên cộng hưởng ODMPR trong giếng lượng tử thế vuông góc sâu vô hạn. Sự phụ thuộc độ rộng phổ vào nhiệt độ và từ trường được khảo sát bằng phương pháp Profile nhờ phần mềm Mathematica. Phonon được chọn là phonon quang dọc bị giam giữ theo mô hình Huang-Zhu. 2. BIỂU THỨC GIẢI TÍCH CỦA CÔNG SUẤT HẤP THỤ Chúng tôi khảo sát mô hình giếng lượng tử đối xứng vuông góc sâu vô hạn, trong đó electron chuyển động tự do theo phương x, y và bị giới hạn theo phương z. Thế giam giữ có dạng  0 khi −Lz /2 ≤ z ≤ Lz /2 V (z) = ∞ khi x < −Lz /2, x > Lz /2 Khi đặt từ trường không đổi B ~ dọc theo trục z, chọn chuẩn Landau là ~ ≡ (0, Bx, 0), lúc đó năng lượng và hàm sóng của electron có dạng A   1 EN n = N + ~ωc + n2 E0 , (1) 2   1 ky ψN,n,ky (x, y, z) = p exp(iky )φN x + ψn (z), (2) Ly mωc trong đó ' # (x − X)2   1 x−X φN (x) = p √ exp HN , 2N α N !r0 π 2r02 r0 r 2  nπz nπ  ψn (z) = sin + , n = 1, 2, 3, ..., Lz Lz 2 với ωc = eB/m là tần số cyclotron; X = −r02 ky , với r02 = ~/(mωc ); Hn (t) là đa thức Hermite bậc n của t, E0 = π 2 ~2 /(2m∗ Lz ) là năng lượng của electron ở trạng thái cơ bản. Biểu thức công suất hấp thụ sóng điện từ do tương tác electron - phonon tính được từ phương pháp toán tử chiếu cô lập có dạng e2 E02 X (N + 1)(fα − fα+1 )γα (ω) P (ω) = , (3) m α (ωc − ω)2 + γα2 (ω) trong đó biểu thức hàm suy giảm là: + X X + jβ−1 iγα (ω) ' π Cα+1,β (q)(Cβ,α+1 (q) − Cβ−1,α (q) + ) q β6=α+1 jα × {(1 + Nq − fβ )δ[~ω − Eβ + Eα − ~ωq ] 391 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ ...