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

91

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 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 toán số, vẽ và bàn luận cho dây

lượng tử hình chữ nhật GaAs/GaAsAl. Kết quả tính toán chỉ ra rằng hệ số hấp thụ phi tuyến

trong dây lượng tử lớn hơn so với bán dẫn khối thông thường và hố lượng tử. Tất cả các kết

quả được so sánh với những kết quả trong bán dẫn khối thông thường và hố lượng tử để chỉ ra

sự khác biệt.

ABSTRACT

Analytic expressions for the nonlinear absorption coefficient of a strong electromagnetic

wave by confined electrons in rectangular quantum wires with infinite potential are calculated by

using the quantum kinetic equation for electrons in the case: electron-acoustic phonon

scattering. The dependence of the nonlinear absorption coefficient on the intensity and

frequency of the external strong electromagnetic wave, the temperature of the system and size

L of wires are obtained. The analytic expressions are numerically calculated, plotted and

discussed for GaAs/GaAsAl rectangular quantum wires. The computations show that the

nonlinear absorption coefficient in quantum wire is greater than in normal bulk and quantum

well. All the results are compared with those of the normal bulk semiconductors and quantum

well to show the difference.

1. Mở đầu

Chúng ta biết rằng trong hệ một chiều, chuyển động của điện tử bị giới hạn hai

chiều, vì vậy chúng chỉ chuyển động tự do theo một chiều. Sự giam giữ của điện tử

trong những hệ này làm thay đổi đáng kể độ linh động của điện tử. Điều này dẫn đến

xuất hiện nhiều hiện tượng mới lạ liên quan đến việc giảm số chiều của hệ. Các hiệu

ứng này rất khác so với các hiệu ứng trong bán dẫn khối thông thường, ví dụ, tương tác

điện tử-phonon, tốc độ tán xạ [1, 2] và độ dẫn điện một chiều [3, 4]. Bài toán về tính

chất quang trong bán dẫn khối cũng như trong hệ thấp chiều được khảo sát [5-10]. Tuy

nhiên, trong các bài báo này chỉ mới xem xét hấp thụ tuyến tính của sóng điện từ, như

trong 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