Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh biến điệu theo biên độ bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng hợp

Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh biến điệu

theo biên độ bởi điện tử giam cầm trong siêu

mạng hợp phần (trường hợp tán xạ điện tử￾phonon âm)

Nguyễn Thị Loan

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán; Mã số: 60 44 01

Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Vũ Nhân

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Giới thiệu về siêu mạng hợp phần và bài toán về hệ số hấp thụ sóng điện từ

trong bán dẫn khối. Nghiên cứu phương trình động lượng tử và biểu thức giải tích của

hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện mạnh biến điệu theo từ bởi điện tử giam cầm trong

siêu mạng hợp phần (trường hợp tán xạ phonon – âm): Hamiltonian tương tác của điện

tử - phonon trong siêu mạng hợp phần; phương trình động lượng tử cho điện tử trong

siêu mạng hợp phần; tính hệ số hgấp thụ sóng điện từ mạnh biến điệu theo biên độ bởi

điện tử giam cầm trong siêu mạng hợp phần. Tính toán số và vẽ đồ thị cho siêu mạng

hợp phần GaAs - Al0.3Ga0.7As .

Keywords: Vật lý toán; Sóng điện từ; Tán xạ điện tử; Phonon âm

Content

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, việc chế tạo và nghiên cứu các tính chất của các vật liệu có

cấu trúc nano là vấn đề mang tính thời sự thu hút nhiều nhà khoa học hàng đầu trong nước và

quốc tế tham gia nghiên cứu. Trong đó, bán dẫn thấp chiều là một điểm nóng trong các nghiên

cứu hiện đại vì khả năng ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong khoa học kĩ thuật, tạo ra

các linh kiện hiện đại siêu nhỏ, đa năng, thông minh.

Chính sự hạn chế chuyển động này đã làm cho các hiệu ứng vật lý, các tính chất vật lý

trong dây lượng tử khác nhiều so với bán dẫn khối.

Khi các nguồn bức xạ cao tần ra đời đã mở ra một hướng nghiên cứu mới về các hiệu

ứng cao tần gây bởi tương tác của các trường sóng điện từ cao tần lên bán dẫn siêu mạng. Khi

2

sóng điện từ cao tần (có tần số



thỏa mãn điều kiện



>>1,



: thời gian hồi phục xung

lượng) tương tác với vật liệu thì định luật bảo toàn xung lượng bị thay đổi do sự tham gia của

photon vào quá trình hấp thụ và phát xạ phonon (trong đối số của hàm Delta - Dirac mô tả

định luật bảo toàn khi



>>1, ngoài năng lượng electron, phonon còn có cả đại lượng liên

quan tới năng lượng photon

l , l

là số nguyên). Kết quả là hàng loạt các hiệu ứng mới xuất

hiện - hiệu ứng cao tần. Khi đó electron có thể tương tác với phonon và gây ra các hiệu ứng

có bản chất mới khác hoàn toàn trường hợp không có sóng điện từ cao tần (khi không có đại

lượng liên quan tới năng lượng photon

l

vào đối số của hàm Delta - Dirac).

Trong số các hiệu ứng vật lý gây bởi tương tác trường sóng điện từ mạnh cao tần

(lazer) lên bán dẫn nói chung và bán dẫn thấp chiều nói riêng thì đáng chú ý trong đó có hấp

thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng hợp phần. Bài toán

này đã được giải quyết vào những năm 80 của thế kỉ XX đối với bán dẫn khối nhưng bài toán

hấp thụ phi tuyến sóng điên từ mạnh biến điệu theo biên độ bởi điện tử giam cầm trong siêu

mạng hợp phần vẫn bị bỏ ngỏ. Bởi vậy trong luận văn này, chúng tôi sẽ nghiên cứu lý thuyết

hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh biến điệu theo biên độ bởi điện tử giam cầm trong siêu

mạng hợp phần có tính toán cụ thể cho trường hợp tán xạ phonon - âm và khảo sát kết quả thu

được đối với siêu mạng hợp phần GaAs - Al0.3Ga0.7As .

2. Về phƣơng pháp nghiên cứu:

- Để tính hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh trong siêu mạng hợp phần có thể

sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp hàm Green, phương pháp tích phân

phiếm hàm, phương pháp phương trình động lượng tử…Trong luận văn này, chúng tôi sử

dụng phương pháp phương trình động lượng tử cho điện tử để giải quyết. Đây là phương pháp

được sử dụng nhiều khi nghiên cứu các hệ thấp chiều và cho hiệu quả cao[11,12,13,14,15].

Chƣơng 1: Giới thiệu về siêu mạng hợp phần và bài toán về hệ số hấp thụ sóng điện

từ trong bán dẫn khối.

Chƣơng 2: Phương trình động lượng tử và biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ phi

tuyến sóng điện mạnh biến điệu theo từ bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng hợp phần

(trường hợp tán xạ phonon – âm).

Chƣơng 3: Tính toán số và vẽ đồ thị cho siêu mạng hợp phần GaAs - Al0.3Ga0.7As .