Диссертация (Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием), страница 11

Íåðàâíîâåñíûå êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ìîãóò êîðåííûì îáðàçîì ìîäèôèöèðîâàòüëîêàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà â îêðåñòíîñòè ïðèìåñíûõ êîìïëåêñîâ âòóííåëüíûõ êîíòàêòàõ ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ. Êðîìå òîãî, â çàâèñèìîñòèîò ïàðàìåòðîâ òóííåëüíîãî êîíòàêòà ìîæíî âàðüèðîâàòü ïðîñòðàíñòâåííîåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà â îêðåñòíîñòè ïðèìåñíûõ ñîñòîÿíèé è ïîëó÷àòü îáëàñòè íàïðÿæåíèÿ ñ îòðèöàòåëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòüþ. Äëÿ àíàëèçàíåðàâíîâåñíûõ ýôôåêòîâ è ñïåêòðîâ òóííåëüíîãî òîêà â ñèñòåìå äâóõ ñëàáî ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿóñïåøíî ïðèìåíÿëîñü ñàìîñîãëàñîâàííîå ïðèáëèæåíèå, îñíîâàííîå íà äèàãðàììíîé òåõíèêå Êåëäûøà [67].  ðàáîòå [144] èññëåäîâàíà çàâèñèìîñòü÷èñåë çàïîëíåíèÿ îò íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå â ïðèáëèæåíèèñðåäíåãî ïîëÿ äëÿ ðåæèìà ïåðåìåííîé âàëåíòíîñòè. Ýëåêòðîííûé òðàíñïîðò ÷åðåç îäèíî÷íóþ ïðèìåñü â ðåæèìå êóëîíîâñêîé áëîêàäû è â ðåæèìåÊîíäî øèðîêî èññëåäîâàí â ðàáîòàõ [145150].51Àâòîðû [145] èññëåäîâàëè íåëèíåéíûé òóííåëüíûé òîê ÷åðåç ñëàáîñâÿçàííóþ ñ áåðåãàìè òóííåëüíîãî êîíòàêòà îäèíî÷íóþ êâàíòîâóþ òî÷êóñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì â ðåæèìå Êîíäî ïðè íàëè÷èè êàê ïîñòîÿííîãî, òàê è ïåðåìåííîãî ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé.

Òàêàÿ ìîäåëü îòêðûâàåòâîçìîæíîñòè äëÿ èññëåäîâàíèÿ ôèçèêè íåðàâíîâåñíîãî íåñòàöèîíàðíîãîýôôåêòà Êîíäî. Îñíîâíîé öåëüþ ðàáîòû [145] áûëî èññëåäîâàíèå îòêëèêà êâàíòîâîé òî÷êè íà ñèëüíîå çàâèñÿùåå îò âðåìåíè âíåøíåå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå. Àâòîðû èñïîëüçîâàëè ìîäèôèöèðîâàííóþ íåðàâíîâåñíóþ òåîðèþ âîçìóùåíèé ïî ñòåïåíÿì âåëè÷èíû ñâÿçè êâàíòîâîé òî÷êè ñ áåðåãàìèòóííåëüíîãî êîíòàêòà, îñíîâàííóþ íà ïðèìåíåíèè ôîðìàëèçìà íåðàâíîâåñíûõ ôóíêöèé Ãðèíà ñîâìåñòíî ñ ïñåâäî÷àñòè÷íûì ïîäõîäîì è îãðàíè÷åíèåì íà ïðîñòðàíñòâî âîçìîæíûõ ôèçè÷åñêèõ ñîñòîÿíèé. Ïðèìåíÿÿ äëÿîïèñàíèÿ êâàíòîâîé òî÷êè ìîäåëü Àíäåðñîíà, çàâèñÿùóþ îò âðåìåíè, àâòîðû ñìîãëè îïèñàòü ýëåêòðîííûé òðàíñïîðò ïðè íàïðÿæåíèÿõ è ÷àñòîòàõâíåøíåãî ïîëÿ ìåíüøèõ, ÷åì ðàññòîÿíèå ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè òî÷êè.Îáíàðóæåíî, ÷òî ýôôåêò Êîíäî ñèëüíî âëèÿåò íà ïåðâóþ ãàðìîíèêóïåðåìåííîãî òóííåëüíîãî òîêà. Ïðè ýòîì âûñøèå ãàðìîíèêè èìåþò ìàëûå àìïëèòóäû ïî ñðàâíåíèþ ñ àìïëèòóäîé ïåðâîé ãàðìîíèêè.

Âûÿâëåíîïîäàâëåíèå ïåðåìåííûì âíåøíèì ïîëåì àíîìàëüíîãî ïèêà íà íóëåâîé ÷àñòîòå â ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè ñèñòåìû, ÷òîïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ ïèêà íà íóëåâîé ÷àñòîòå â ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè.Àâòîðû [146] èññëåäîâàëè ìåçîñêîïè÷åñêóþ ïðîìåæóòî÷íóþ ñèñòåìó, ïîìåùåííóþ ìåæäó áåðåãàìè òóííåëüíîãî êîíòàêòà è íàõîäÿùóþñÿïîä âîçäåéñòâèåì âíåøíèõ çàâèñÿùèõ îò âðåìåíè íàïðÿæåíèé, ìåòîäîìäèàãðàììíîé òåõíèêè Êåëäûøà äëÿ íåðàâíîâåñíûõ ïðîöåññîâ.

Ïîëó÷åíîâûðàæåíèå äëÿ ïîëíîãî íåëèíåéíîãî, çàâèñÿùåãî îò âðåìåíè òóííåëüíîãîòîêà ÷åðåç èññëåäóåìóþ ñèñòåìó. Ðàññìîòðåí ñëó÷àé, êîãäà ó÷òåíî âçàèìîäåéñòâèå â ïðîìåæóòî÷íîé ñèñòåìå è íå ó÷òåíî âçàèìîäåéñòâèå ñ áåðåãàìèêîíòàêòà. Èññëåäîâàíî òîëüêî ðåçîíàíñíîå òóííåëèðîâàíèå, òàê êàê ýòîòýôôåêò ìîæåò áûòü ïðèìåíåí äëÿ êîíñòðóèðîâàíèÿ âûñîêî÷àñòîòíûõ óñèëèòåëåé è äåòåêòîðîâ. Ïðåäëîæåííàÿ ìîäåëü àíàëèçà òóííåëüíûõ õàðàêòåðèñòèê ñïðàâåäèâà â äîñòàòî÷íî óçêîì äèàïàçîíå ÷àñòîò â îêðåñòíîñòèäåñÿòûõ äîëåé òåððàãåðö.

 ðàáîòå [146] ïîëó÷åíî îáùåå âûðàæåíèå äëÿçàâèñÿùåãî îò âðåìåíè òóííåëüíîãî òîêà ÷åðåç ìåçîñêîïè÷åñêóþ ñèñòåìó,êîòîðîå, ïî ìíåíèþ àâòîðîâ, ïîçâîëèò ïî íîâîìó èññëåäîâàòü êîãåðåíòíûé52êâàíòîâûé òðàíñïîðò â ñèñòåìàõ ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ.Àâòîðû [147] òàêæå èññëåäîâàëè îñîáåííîñòè ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â ñèììåòðè÷íîì òóííåëüíîì êîíòàêòå ÷åðåç ñëàáî ñâÿçàííóþ ñ áåðåãàìèäâóõóðîâíåâóþ êâàíòîâóþ òî÷êó ñ ïîìîùüþ ìîäåëè Àíäåðñîíà.

Ðàññìîòðåíû òåìïåðàòóðû âûøå òåìïåðàòóðû Êîíäî, äëÿ àíàëèçà ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé èñïîëüçîâàíà òåõíèêà óðàâíåíèé äâèæåíèÿ, êîòîðûå ó÷èòûâàþòïàðíûå êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ è íå ó÷èòûâàþò êîððåëÿöèè ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà â áåðåãàõ òóííåëüíîãî êîíòàêòà.Îñîáåííîñòè â òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè àâòîðû [147] ñâÿçûâàþò ñ ïðèñóòñòâèåì â ñèñòåìå äâóõ ðàçëè÷íûõ ìàñøòàáîâ ýíåðãèè: âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ è òèïè÷íîãî ðàññòîÿíèÿìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè êâàíòîâîé òî÷êè. Ïðè ýòîì âåëè÷èíà êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ íàèáîëüøèì ïàðàìåòðîì â ñèñòåìå, à ðàññòîÿíèå ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè - íàèìåíüøèì. Ïîêàçàíî, ÷òî øèðèíà îäíî÷àñòè÷íûõ ðåçîíàíñîâ â òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà,à âûñîòà - îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà òåìïåðàòóðå.

Íàëè÷èå òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè îáúÿñíÿåòñÿ îäíîâðåìåííûì òðàíñïîðòîì ÷åðåç óðîâíèýíåðãèè êâàíòîâîé òî÷êè. Ñâÿçü óðîâíåé ýíåðãèè ñ áåðåãàìè òóííåëüíîãîêîíòàêòà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì ýíåðãèè ïðè óìåíüøåíèè ïîòåíöèàëüíîãîáàðüåðà. ðàáîòå [148] ïðåäëîæåíà ìîäåëü îäíîìåðîé ìåçîñêîïè÷åñêîé ñèñòåìû, êîòîðàÿ ïîçâîëèëà èññëåäîâàòü òðàíñïîðòíûå îñîáåííîñòè, ñâÿçàííûåñ òóííåëèðîâàíèåì ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð â îäíîìåðíûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ñëîÿõ ñ åìêîñòíîé ñâÿçüþ. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè ìàëûõ íàïðÿæåíèÿõíåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ýêñèòîííûå êîððåëÿöèè äëÿ êîððåêòíîãî îïèñàíèÿïðîöåññîâ òðàíñïîðòà çàðÿäà. Äëÿ ìàëûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ è ýëåêòðîííûé è ýêñèòîííûé òðàíñïîðò îêàçûâàþòñÿ ïîëíîñòüþ ïîäàâëåííûìè.Ñ ðîñòîì âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ â ñèñòåìå âîçíèêàåò ýêñèòîííûé òðàíñïîðò.

Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ òàêèõçàðÿäîâûõ ñîñòîÿíèé çà ñ÷åò òðàíñïîðòà ýêñèòîíîâ, ïðè êîòîðûõ ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì ýëåêòðîííûé òðàíñïîðò ÷åðåç èññëåäóåìóþ ñèñòåìó. Ïðèâûñîêèõ íàïðÿæåíèÿõ â ñèñòåìå ñóùåñòâóåò òîëüêî ýëåêòðîííûé òðàíñïîðò. ðàáîòå [149] ïîäðîáíî èññëåäîâàíû ïðîöåññû òóííåëèðîâàíèÿ ÷åðåç ñâÿçàííûå êâàíòîâûå òî÷êè â ðåæèìå êóëîíîâñêîé áëîêàäû. Àâòîðûïîêàçàëè, ÷òî ïðîâîäèìîñòü â òàêîé ñèñòåìå èìååò âèä îñöèëëÿöèé, îïðå-53äåëÿåìûõ íàïðÿæåíèåì íà çàòâîðå. Õàðàêòåðíàÿ âåëè÷èíà ïåðèîäà îñöèëëÿöèé èçìåíÿåòñÿ ñ èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû.  ðàáîòå ñäåëàí âûâîä îòîì, ÷òî ýëåêòðîííûå òðàíñïîðòíûå ñâîéñòâà ìåçîñêîïè÷åñêèõ êâàíòîâûõíèòåé â îêðåñòíîñòè ïåðåõîäà ìåæäó ìåòàëëè÷åñêèì ñîñòîÿíèåì è èçîëÿòîðîì îïðåäåëÿþòñÿ îñîáåííîñòÿìè ðåæèìà êóëîíîâñêîé áëîêàäû.

 îòëè÷èèîò ñèñòåìû, ñîñòîÿùåé èç îäíîé êâàíòîâîé òî÷êè, â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõòî÷êàõ ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû íå ïðîèñõîäèò çíà÷èòåëüíîãî ñìåùåíèÿ ïèêîâ â òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè.Àâòîðû [150] ïðèìåíèëè ìåòîä ðåíîðì ãðóïïû äëÿ èññëåäîâàíèÿ îñîáåííîñòåé òóííåëüíûõ ïðîöåññîâ â àñèììåòðè÷íîé äâîéíîé êâàíòîâîé òî÷êå, ñâÿçàííîé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà â áåðåãàõ êîíòàêòà. Ïîêàçàíî, ÷òî êîíêóðåíöèÿ ìåæäó ñèëüíîé è ñëàáîé ñâÿçüþ ïðîìåæóòî÷íîéòóííåëüíîé ñèñòåìû ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà â áåðåãàõ êîíòàêòà ìîæåò ïðèâîäèòü ê èíâåðñíîé ñïèíîâîé çàñåëåííîñòè òðèïëåòíîãîñîñòîÿíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèíãëåòíûì ñîñòîÿíèåì. íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò ðàáîòû, â êîòîðûõ ïðîàíàëèçèðîâàí ýëåêòðîííûé òðàíñïîðò ÷åðåç ñèëüíî ñâÿçàííûå ëîêàëèçîâàííûå ñîñòîÿíèÿ.

Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåàëèçàöèéñèëüíî ñâÿçàííûõ ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé, êîãäà êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè èìåþò âåëè÷èíó ñîïîñòàâèìóþ èëè äàæå ïðåâûøàþùóþ ðàññòîÿíèåìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè ïðîìåæóòî÷íîé òóííåëüíîé ñèñòåìû. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàíà ýêñïåðèìåíòàëüíî, êîãäà íåñêîëüêî ïðèìåñíûõ àòîìîâ èëè äåôåêòîâ ïîâåðõíîñòè ðàñïîëîæåíû â ñîñåäíèõ óçëàõðåøåòêè, òàê ÷òî ñâÿçü ìåæäó ýëåêòðîííûìè ñîñòîÿíèÿìè ïðèìåñåé çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäèò ñâÿçü êàæäîãî èç ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà. Äðóãîé âîçìîæíîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé ðåàëèçàöèåé ÿâëÿþòñÿ äâå âçàèìîäåéñòâóþùèå êâàíòîâûå òî÷êè, ñëàáî ñâÿçàííûå ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ïîäëîæêè.

Ñïåöèôè÷åñêîåïîâåäåíèå òàêèõ ñèñòåì, êîòîðûå ìîãóò áûòü îïèñàíû ìîäåëüþ íåñêîëüêèõ ýëåêòðîííûõ óðîâíåé ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè ýëåêòðîíàìè, ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ àíîìàëüíûõ ïèêîâ âòóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè è ê èõ ðàñùåïëåíèþ ñ ðîñòîì âåëè÷èíû âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó òî÷êàìè. Âîçíèêíîâåíèå ïèêîâ âûçâàíî êîíêóðåíöèåéäâóõ ýôôåêòîâ: êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâè ðåçîíàíñíûì ýëåêòðîííûì òðàíñïîðòîì ÷åðåç ëîêàëèçîâàííûå ñîñòîÿíèÿ[151].

 ðàáîòå [151] ïðîäåìîíñòðèðîâàíî îáðàçîâàíèå íåðåãóëÿðíûõ ïè-54êîâ â òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè, âîçíèêàþùèõ ïðè òóííåëèðîâàíèè ÷åðåçëîêàëèçîâàííûå ñîñòîÿíèÿ. Îáðàçîâàíèå ïèêîâ ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì íàëè÷èÿ ñèëüíîãî êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ è ñóùåñòâîâàíèÿ ðåçîíàíñíîãî êàíàëà òóííåëèðîâàíèÿ ÷åðåç ëîêàëèçîâàííûå ñîñòîÿíèÿ. Îñîáåííîñòüþòàêèõ ñèñòåì ÿâëÿåòñÿ ðàñùåïëåíèå ïèêîâ ñ ðîñòîì âåëè÷èíû âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè ñîñòîÿíèÿìè êëàñòåðà.Íåîáõîäèìî îòäåëüíî óïîìÿíóòü ñèñòåìû îäèíî÷íûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ñ íåñêîëüêèìè ýëåêòðîííûìè óðîâíÿìè ýíåðãèè.

Òàêèå ñèñòåìû ìîæíî îïèñàòü ìîäåëüþ, âêëþ÷àþùåé íåñêîëüêî ýëåêòðîííûõ óðîâíåé ýíåðãèèñ ó÷åòîì êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè ýëåêòðîíàìè[152154].  ðàáîòå [154] àâòîðû ïîêàçàëè, ÷òî â äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìå ñêóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè ìîæåò âîçíèêàòü îòðèöàòåëüíàÿ äèôôåðåíöèàëüíàÿ ïðîâîäèìîñòü. Ýëåêòðîíû ïðåäñòàâëåíû êàê áåññïèíîâûå ÷àñòèöû, à êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå èìååò áåñêîíå÷íî áîëüøóþ âåëè÷èíó.Ïîýòîìó â [154] íå ó÷òåíû âîçíèêàþùèå â ñèñòåìå íåòðèâèàëüíûå ïàðíûåêîððåëÿòîðû.Ýëåêòðîííóþ ñòðóêòóðó ñâÿçàííûõ êîìïëåêñîâ ìîæíî èçìåíÿòü ïðèïîìîùè âíåøíåãî âîçäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, êîòîðîå ìîäèôèöèðóåò ïîëîæåíèå îäíîýëåêòðîííûõ óðîâíåé ýíåðãèè, èëè ñ ïîìîùüþ êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.  ñèñòåìàõ ñ ñèëüíîéòóííåëüíîé ñâÿçüþ ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè ñîñòîÿíèÿìè ìîæíî îæèäàòü,÷òî òóííåëüíûé òîê áóäåò ïðèâîäèòü ê íåðàâíîâåñíîìó ïðîñòðàíñòâåííîìóðàñïðåäåëåíèþ ëîêàëüíîãî çàðÿäà, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü ìàíèïóëèðîâàíèÿ ëîêàëüíîé ïëîòíîñòüþ çàðÿäà çà ñ÷åò ñèëüíûõ ýëåêòðîííûõ êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé.