Hiệu ứng Âm - Điện lượng tử phi tuyến trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn

Hiệu ứng âm-điện lượng tử phi tuyến trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn được nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở xây dựng phương trình động lượng tử cho hàm phân bố điện tử tương tác với sóng âm trong (phonon trong) và sóng âm ngoài (phonon ngoài). Đã thu được biểu thức giải tích cho dòng âm-điện phi tuyến trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn. Kết quả nhận được cho thấy có sự phụ thuộc phức tạp của cường độ dòng âm-điện vào nhiệt độ của hệ, vào số sóng âm, tần số sóng âm ngoài và các tham số đặc trưng của dây lượng tử hình chữ nhật.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hiệu ứng Âm - Điện lượng tử phi tuyến trong dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạnNghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ HIÖU øNG ¢M - §IÖN L¦îNG Tö PHI TUYÕN TRONG D¢Y L¦îNG Tö H×NH CH÷ NHËT VíI Hè THÕ CAO V¤ H¹N NGUYÔN V¡N NGHÜA*, NGUYÔN QUANG B¸U**, NGUYÔN Vò NH¢N*** Tãm t¾t: HiÖu øng ©m-®iÖn lîng tö phi tuyÕn trong d©y lîng tö h×nh ch÷ nhËt víi hè thÕ cao v« h¹n ®îc nghiªn cøu lý thuyÕt trªn c¬ së x©y dùng ph¬ng tr×nh ®éng lîng tö cho hµm ph©n bè ®iÖn tö t¬ng t¸c víi sãng ©m trong (phonon trong) vµ sãng ©m ngoµi (phonon ngoµi). §· thu ®îc biÓu thøc gi¶i tÝch cho dßng ©m-®iÖn phi tuyÕn trong d©y lîng tö h×nhch÷ nhËt víi hè thÕ cao v« h¹n. KÕt qu¶ nhËn ®îccho thÊy cã sù phô thuéc phøc t¹p cña cêng ®é dßng ©m-®iÖn vµo nhiÖt ®é cña hÖ, vµo sè sãng ©m, tÇn sè sãng ©m ngoµi vµ c¸c tham sè ®Æc trng cña d©y lîng tö h×nh ch÷ nhËt. KÕt qu¶ lý thuyÕt ®èi víi dßng ©m-®iÖn ®îc tÝnh to¸n sè, vÏ ®å thÞ kh¶o s¸t vµ bµn luËn cho d©y h×nh ch÷ nhËt GaAs/GaAsAl. KÕt qu¶ tÝnh sè ®îc so s¸nh víi c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n trong b¸n dÉn khèi vµ giÕng lîng tö cña c¸c t¸c gi¶ kh¸c ®Ó thÊy râ ®îc sù kh¸c biÖt.Tõ khãa: VËt lý b¸n dÉn, B¸n dÉn cÊu tróc nano, VËt lý b¸n dÉn thÊp chiÒu. 1. §ÆT VÊN §Ò Trong thêi gian gÇn ®©y, cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña khoa häc c«ng nghÖ,ngµnh vËt lÝ b¸n dÉn ®· ®¹t ®îc nhiÒu tiÕn bé vµ thµnh c«ng rùc rì. Sù tiÕn bé cña vËt lÝb¸n dÉn ®îc ®Æc trng bëi sù chuyÓn híng nghiªn cøu chÝnh tõ c¸c khèi tinh thÓ sangc¸c mµng máng vµ c¸c cÊu tróc thÊp chiÒu nh hè lîng tö, siªu m¹ng, d©y lîng tö, chÊmlîng tö... Trong nh÷ng cÊu tróc thÊp chiÒu nµy, chuyÓn ®éng cña ®iÖn tö bÞ giíi h¹nnghiªm ngÆt theo mét, hai hay ba híng täa ®é nµo ®ã vµ chØ chuyÓn ®éng tù do theohíng cßn l¹i. Sù giam gi÷ ®iÖn tö trong nh÷ng hÖ thÊp chiÒu nµy dÉn ®Õn sù thay ®æi ®¸ngkÓ c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña ®iÖn tö nh: tÝnh chÊt quang, tÝnh chÊt ®iÖn..., ®ång thêi lµmxuÊt hiÖn mét sè tÝnh chÊt míi so víi b¸n dÉn khèi ®îc gäi lµ hiÖu øng kÝch thíc lîngtö [1-3]. ë ®©y c¸c quy luËt cña c¬ häc lîng tö b¾t ®Çu cã hiÖu lùc, khi ®ã ®Æc trng c¬b¶n nhÊt lµ phæ n¨ng lîng cña ®iÖn tö bÞ biÕn ®æi vµ bÞ gi¸n ®o¹n (lîng tö) däc theohíng täa ®é giíi h¹n. Do vËy c¸c ®Æc trng cña vËt liÖu nh: hµm ph©n bè, mËt ®é tr¹ngth¸i, mËt ®é dßng… còng thay ®æi theo. Sù thay ®æi c¸c tÝnh chÊt quang, ®iÖn cña ®iÖn tötrong hÖ thÊp chiÒu ®· më ra kh¶ n¨ng øng dông cho c¸c linh kiÖn ®iÖn tö, cho ra ®êi nhiÒuc«ng nghÖ hiÖn ®¹i cã tÝnh chÊt c¸ch m¹ng trong c¸c lÜnh vùc khoa häc, kü thuËt. GÇn ®©y khi nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt vËt lý trong c¸c cÊu tróc b¸n dÉn c¸c nhµ khoahäc ®· chó ý tíi sù ¶nh hëng cña sãng ©m ®Õn c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu, hay cßn gäi lµ sùt¬ng t¸c cña sãng ©m víi c¸c cÊu tróc b¸n dÉn. §Æc biÖt lµ bµi to¸n vÒ hiÖu øng ©m-®iÖntrong chÊt b¸n dÉn ®ang thu hót sù quan t©m cña c¸c nhµ nghiªn cøu vËt lý lý thuyÕt vµthùc nghiÖm. C¸c c«ng tr×nh lý thuyÕt vÒ hiÖu øng ©m-®iÖn trong b¸n dÉn khèi, b¸n dÉnmÉu Kane, b¸n dÉn lìng cùc ®· ®îc nghiªn cøu [4, 5]. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, bµito¸n vÒ hiÖu øng ©m-®iÖn trong c¸c hÖ thÊp chiÒu bíc ®Çu thu hót ®îc nhiÒu nhµ nghiªncøu vËt lý lý thuyÕt quan t©m: Nh bµi to¸n vÒ hiÖu øng ©m-®iÖn trong hè lîng tö [6],hiÖu øng ©m-®iÖn trong siªu m¹ng pha t¹p [7, 8]. Ngoµi ra ngêi ta còng ®o ®¹c hiÖu øngnµy b»ng ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm, vÝ dô nh: ®o trong mét d©y dÉn lîng tö [9], trongèng nano cacbon [10], trong giÕng lîng tö InGaAs [11]. Tuy nhiªn, bµi to¸n vÒ hiÖu øng©m-®iÖn phi tuyÕn trong d©y lîng h×nh ch÷ nhËt cßn ®ang bá ngá. V× vËy, trong bµi b¸onµy, chóng t«i quan t©m nghiªn cøu vÒ hiÖu øng ©m-®iÖn phi tuyÕn trong d©y lîng tö h×nhch÷ nhËt víi hè thÕ cao v« h¹n.T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 133 VËt lý Trong bµi to¸n nµy, chóng t«i sö dông ph¬ng ph¸p ph¬ng tr×nh ®éng lîng tö [12]cho hµm ph©n bè ®iÖn tö trong sù lîng tö hãa lÇn thø hai ®Ó tÝnh hiÖu øng ©m-®iÖn phituyÕn trong d©y lîng tö h×nh ch÷ nhËt víi hè thÕ cao v« h¹n. XuÊt ph¸t tõ Hamiltoniancña hÖ ®iÖn tö-sãng ©m trong vµ ®iÖn tö-sãng ©m ngoµi, x©y dùng ph¬ng tr×nh ®éng lîngtö cho hµm ph©n bè ®iÖn tö, tõ ®ã tÝnh ra mËt ®é dßng ©m-®iÖn. Bµi to¸n ®îc xem xÐt chotrêng hîp cã c¬ chÕ t¬ng t¸c gi÷a ®iÖn tö-phonon ©m trong vµ t¸n x¹ ®iÖn tö-phonon ©mngoµi. KÕt qu¶ ®îc tÝnh sè víi d©y lîng tö h×nh ch÷ nhËt GaAs/GaAsAl cho thÊy sù phôthuéc phi tuyÕn cña dßng ©m-®iÖn vµo nhiÖt ®é cña hÖ, sè sãng ©m, chiÒu dµi d©y lîng tö,kÝch thíc hè thÕ vµ tÇn sè sãng ©m. C¸c kÕt qu¶ nµy ®îc so s¸nh víi nh÷ng kÕt qu¶ thu®îc trong b¸n dÉn khèi vµ trong hè lîng tö [11,12] ®Ó lµm râ h¬n kÕt qu¶ lý ...