Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý: Lý thuyết lượng tử về hiệu ứng Hall trong hố lượng tử và siêu mạng

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu hiệu ứng Hall trong các hố lượng tử và siêu mạng dưới ảnh hưởng của một sóng điện từ mạnh bằng lý thuyết lượng tử. Hai trường hợp đặc biệt được xem xét là: từ trường nằm trong mặt phẳng tự do của electron và từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron. Chúng tôi xét hai loại tương tác là tương tác electron - phonon quang và electron - phonon âm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý: Lý thuyết lượng tử về hiệu ứng Hall trong hố lượng tử và siêu mạngĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN-----------------------BÙI ĐÌNH HỢILÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ VỀ HIỆU ỨNG HALLTRONG HỐ LƯỢNG TỬ VÀ SIÊU MẠNGChuyên ngành : Vật lí lí thuyết và vật lí toánMã số:62440103DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝHà Nội - 2014Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc GiaTÓM TẮT LUẬN ÁN TIỄN SĨ VẬT LÝHà Nội.Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Trần Công Phong2. GS. TS. Nguyễn Quang BáuPhản biện 1:Phản biện 2:Phản biện 3:Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp nhà nước chấm luận án tiến sĩ họp tại……………………………………………………………………………………......……………………………………………………………………………………….………….………………………………………………………………………………….………….Vào hồi …………. giờ …………ngày ……….. tháng …….. năm…..Có thể tìm hiểu luận án tại:-Thư viện Quốc gia Việt Nam-Trung tâm thông tin – Thư viện, Đại học Quốc gia Hà NộiMỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tàiCác cấu trúc vật liệu thấp chiều là các cấu trúc trong đó chuyển động củahạt tải bị giới hạn theo một hoặc nhiều phương do hiệu ứng giảm kích thước.Với các kỹ thuật hiện đại như epitaxy chùm phân tử (Molecular Beam Epitaxy MBE), kết tủa hóa hữu cơ kim loại (Metal Organic Chemical Vapor Deposition MOCVD)....các cấu trúc thấp chiều ngày càng được chế tạo một cách hoàn hảohơn. Tùy thuộc số chiều theo đó hạt tải chuyển động tự do mà cấu trúc đượcphân chia thành chuẩn hai chiều, chuẩn một chiều hoặc chuẩn không chiều. Sự rađời của các vật liệu thấp chiều đánh dấu sự bắt đầu của cuộc cách mạng trongkhoa học, kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực quang điện tử nói riêng.Trong các vật liệu dựa trên cấu trúc thấp chiều, các tính chất vật lý của hệphụ thuộc vào dạng hình học, kích thước, thành phần vật liệu, môi trường vật liệubao quanh,..., và tuân theo các quy luật của vật lý lượng tử. Nguồn gốc sâu xa củacác tính chất này cũng như các hiệu ứng được tạo ra là sự lượng tử hóa phổ nănglượng của hạt tải (electron, lỗ trống,....) và các chuẩn hạt (phonon, polaron,...)trong vật rắn do hiệu ứng giảm kích thước hoặc khi có mặt điện trường, từ trường.Chẳng hạn, khi đặt một từ trường mạnh vuông góc với mặt phẳng tự do của hệelectron hai chiều thì lúc này phổ năng lượng của electron bị lượng tử hóa hoàntoàn (một là lượng tử do thế giam giữ của vật liệu, một là lượng tử do từ trườngthành các mức Landau). Điều này làm cho trong hệ hai chiều xuất hiện một sốhiệu ứng mới lạ mà trong bán dẫn khối không có, ví dụ như hiệu ứng cộng hưởngeletron-phonon, các dao động từ trở Shubnikov - de Haas (SdH) và đặc biệt là cáchiệu ứng Hall lượng tử số nguyên (integer quantum Hall effect) với giải Nobel năm1985 và không lâu sau đó là hiệu ứng Hall lượng tử phân số (fractional quantumHall effect) với giải Nobel năm 1998. Đây là các hiệu ứng mà ta chỉ có thể quansát được trong các hệ chuẩn hai chiều ở nhiệt độ rất thấp và từ trường rất mạnh.Khi một sóng điện từ lan truyền trong vật liệu thì các tính chất điện, từthông thường của hệ bị thay đổi. Nếu biên độ sóng điện từ lớn, có thể làm cáchiệu ứng trở nên phi tuyến. Đặc biệt, khi tần số sóng điện từ cao sao cho nănglượng photon vào cỡ năng lượng của electron hay năng lượng của phonon thì sự cómặt của sóng điện từ ảnh hưởng đáng kể lên các quá trình tán xạ của electron vớiphonon. Xác suất của các quá trình dịch chuyển của electron thỏa mãn định luậtbảo toàn năng - xung lượng (quy tắc vàng Fermi) thay đổi khi có sự tham giacủa photon. Từ đây xuất hiện thêm nhiều hiệu ứng mới như cộng hưởng cyclotron,hiệu ứng cộng hưởng electron-phonon (electron-phonon resonance) và cộng hưởng1từ-phonon (magneto-phonon resonance) dò tìm bằng quang học và gần đây xuấthiện thêm các nghiên cứu về các dao động từ trở biến điệu bởi sóng điện từ (visóng) trong các bán dẫn hai chiều, tức là các dao động kiểu SdH bị biến điệu khicó một sóng điện từ đặt vào hệ. Hiệu ứng này được quan sát lần đầu bởi Zudovcùng các cộng sự và sau đó thu hút nhiều sự quan tâm cả về lý thuyết và thựcnghiệm. Tuy nhiên các lý thuyết giải thích cho các dao động này còn ít và đều cóthể chấp nhận được trên một khía cạnh nào đó. Một lý thuyết hoàn chỉnh nhấtđể giải thích cho hiệu ứng này vẫn cần được nghiên cứu.Hiệu ứng Hall trong bán dẫn khối dưới ảnh hưởng của một sóng điện từ đãđược nghiên cứu chi tiết cho cả các miền từ trường mạnh và yếu bằng phươngpháp phương trình động cổ điển Boltzmann và phương trình động lượng tử. Tuynhiên, theo chúng tôi được biết thì các nghiên cứu lý thuyết về hiệu ứng này trongcác hệ thấp chiều dưới ảnh hưởng của sóng điện từ mạnh vẫn còn bỏ ngỏ. Trongđiều kiện nhiệt độ thấp và từ trường mạnh thì tính lượng tử trong các hệ thấpchiều thể hiện càng mạnh. Do vậy, khi nghiên cứu các hiệu ứng xảy ra trong cáchệ thấp chiều ở các điều kiện này đòi hỏi phải sử dụng các lý thuyết lượng tử. Đólà lý do chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu “Lý thuyết lượng tử về hiệu ứngHall trong hố lượng tử và siêu mạng ” để phần nào giải quyết các vấn đềcòn bỏ ngỏ nói trên.2. Mục tiêu nghiên cứuMục tiêu của luận án là nghiên cứu hiệu ứng Hall trong các hố lượng tử vàsiêu mạng dưới ảnh hưởng của một sóng điện từ mạnh bằng lý thuyết lượng tử.Hai trường hợp đặc biệt được xem xét là: từ trường nằm trong mặt phẳng tự docủa electron và từ trường vuông góc với mặt phẳng tự do của electron. Chúng tôixét hai loại tương tác là tương tác electron - phonon quang và electron - phononâm.3. Nội dung nghiên cứuVới mục đích nghiên cứu như trên thì nội dung nghiên cứu chính của luậnán là: Từ các biểu thức của hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong hốlượng tử và siêu mạng khi đặt trong điện trường và từ trường vuông góc với nhau,chúng tôi viết ra toán tử Hamiltonian của hệ electron - phonon tương tác khi cóthêm sóng điện từ đặt vào hệ. Từ Hamiltonian này chúng tôi thiết lập phươngtrình động lượng tử cho toán tử số electron trung ...