Báo cáo nghiên cứu khoa học: HẤP THỤ PHI TUYẾN SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬT

Biểu thức giải tích cho hệ số hấp thụ phi tuyến của sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn được tính toán bởi phương trình động lượng tử cho điện tử trong trường hợp: Tán xạ điện tử-phonon âm. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ phi tuyến vào cường độ và tần số của sóng điện từ ngoài, nhiệt độ của hệ và chiều dài của dây lượng tử đạt được. Biểu thức giải tích được tính......
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: " HẤP THỤ PHI TUYẾN SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬT" TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 HẤP THỤ PHI TUYẾN SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬT NONLINEAR ABSORPTION OF A STRONG ELECTROMAGNETIC WAVE BY CONFINED ELECTRONS IN A RECTANGULAR QUANTUM WIRE Nguyễn Văn Hiếu Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Biểu thức giải tích cho hệ số hấp thụ phi tuyến của sóng điện từ mạnh bởi điện tử giamcầm trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn được tính toán bởi phương trìnhđộng lượng tử cho điện tử trong trường hợp: Tán xạ điện tử-phonon âm. Sự phụ thuộc của hệsố hấp thụ phi tuyến vào cường độ và tần số của sóng điện từ ngoài, nhiệt độ của hệ và chiềudài của dây lượng tử đạt được. Biểu thức giải tích được tính toán số, vẽ và bàn luận cho dâylượng tử hình chữ nhật GaAs/GaAsAl. Kết quả tính toán chỉ ra rằng hệ số hấp thụ phi tuyếntrong dây lượng tử lớn hơn so với bán dẫn khối thông thường và hố lượng tử. Tất cả các kếtquả được so sánh với những kết quả trong bán dẫn khối thông thường và hố lượng tử để chỉ rasự khác biệt. ABSTRACT Analytic expressions for the nonlinear absorption coefficient of a strong electromagneticwave by confined electrons in rectangular quantum wires with infinite potential are calculated byusing the quantum kinetic equation for electrons in the case: electron-acoustic phononscattering. The dependence of the nonlinear absorption coefficient on the intensity andfrequency of the external strong electromagnetic wave, the temperature of the system and sizeL of wires are obtained. The analytic expressions are numerically calculated, plotted anddiscussed for GaAs/GaAsAl rectangular quantum wires. The computations show that thenonlinear absorption coefficient in quantum wire is greater than in normal bulk and quantumwell. All the results are compared with those of the normal bulk semiconductors and quantumwell to show the difference.1. Mở đầu Chúng ta biết rằng trong hệ một chiều, chuyển động của điện tử bị giới hạn haichiều, vì vậy chúng chỉ chuyển động tự do theo một chiều. Sự giam giữ của điện tửtrong những hệ này làm thay đổi đáng kể độ linh động của điện tử. Điều này dẫn đếnxuất hiện nhiều hiện tượng mới lạ liên quan đến việc giảm số chiều của hệ. Các hiệuứng này rất khác so với các hiệu ứng trong bán dẫn khối thông thường, ví dụ, tương tácđiện tử-phonon, tốc độ tán xạ [1, 2] và độ dẫn điện một chiều [3, 4]. Bài toán về tínhchất quang trong bán dẫn khối cũng như trong hệ thấp chiều được khảo sát [5-10]. Tuynhiên, trong các bài báo này chỉ mới xem xét hấp thụ tuyến tính của sóng điện từ, nhưtrong bán dẫn khối thông thường [5], trong hệ hai chiều [6, 7] và trong dây lượng tử [8],bài toán hấp thụ phi tuyến cũng được xem xét trong bán dẫn khối [9] và trong hố lượng 91 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010tử [10]. Tuy nhiên, bài toán hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh trong dây lượng tửchưa được đề cập đến, vì vậy bài toán về sự hấp thụ phi tuyến vẫn mở ra cho một hướngnghiên cứu mới. Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng phương trình động lượng tử chođiện tử để nghiên cứu lý thuyết hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầmtrong dây lượng tử hình chữ nhật. Bài toán này được xem xét cho trường hợp: tán xạđiện tử-phonon âm. Tính toán số được xem xét cho dây lượng tử GaAs/GaAsAl.2. Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong dây lượng tử hình chữ nhật Trong mô hình của chúng tôi, chúng tôi xem xét dây GaAs với tiết diện ngang( Lx × Ly ) và chiều dài Lz được bao bởi GaAlAs. Các hạt tải ( khí điện tử) được giả thiếtgiam giữ bởi thế vô hạn trong mặt phẳng (x,y) và điện tử chuyển động tự do theophương z trong hệ tọa độ (x,y,z). Trường sóng điện từ được truyền dọc theo chiều ox.Trong trường hợp này hàm sóng và phổ năng lượng của điện tử có dạng [11] nπx lπy 2e ipz . z r n, l , p = sin( ) sin( ) , (1.1) Lx Ly Lx Ly Lz p z2 π 2 ⎛ n 2 l 2 ⎞ r ⎜ + ⎟, ε n ,l ( p) = + ...