Диссертация (Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием), страница 12
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием". PDF-файл из архива "Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой докторскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени доктора физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 12 страницы из PDF
 íåêîòîðîì ñìûñëå ýòîò ýôôåêò àíàëîãè÷åí ýôôåêòóêî-òóííåëèðîâàíèÿ, êîòîðûé íàáëþäàëñÿ â ðàáîòàõ [155, 156]. Êðîìå òîãî,ìîæíî îæèäàòü, ÷òî êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ïðèâîäÿò ê èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè óðîâíåé ýíåðãèè. Ýòè ýôôåêòû ïðîÿâëÿþòñÿ â ñëó÷àå, êîãäàîäíîýëåêòðîííûå óðîâíè ýíåðãèè èìåþò ðàçíóþ ïðîñòðàíñòâåííóþ ñèììåòðèþ.Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïîíÿòü ïðèðîäó çàðÿäîâûõ ïåðåêëþ÷åíèé â íèçêîðàçìåðíûõ ñòðóêòóðàõ áûëè ïðîàíàëèçèðîâàíû óðàâíåíèÿ Ãåéçåíáåðãà äëÿýëåêòðîííûõ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé, ó÷èòûâàâøèåòîëüêî ïàðíûå êîððåëÿöèè [152, 157].Íåìîíîòîííîå çàïîëíåíèå óðîâíåé ýíåðãèè â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå, îáóñëîâëåííîå ïðîöåññàìè òóííåëèðîâàíèÿ55â ïðèñóòñòâèè êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé â ñèñòåìå ñâÿçàííûõ îäíîóðîâíåâûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ñ áåññïèíîâûìè ýëåêòðîíàìè, ïðîàíàëèçèðîâàíî â ðàáîòå [158]. Îäíàêî, àâòîðû ó÷èòûâàëè òîëüêî êîððåëÿöèè ïåðâîãî ïîðÿäêàè èñïîëüçîâàëè ïðèáëèæåíèå, â êîòîðîì ñàìûì áîëüøèì ýíåðãåòè÷åñêèìïàðàìåòðîì â ñèñòåìå ÿâëÿåòñÿ âåëè÷èíà êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.Îñíîâíîå âíèìàíèå áûëî óäåëåíî çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ êâàíòîâûõ òî÷åê îò òåìïåðàòóðû.Íåìîíîòîííîå çàïîëíåíèå óðîâíåé ýíåðãèè òàêæå áûëî îáíàðóæåíîïðè òóííåëèðîâàíèè ÷åðåç êâàíòîâûå òî÷êè â ñëó÷àå çàìåíû áåðåãîâ òóííåëüíîãî êîíòàêòà îäèíî÷íûìè óðîâíÿìè ýíåðãèè [159, 160].
 ðàáîòå [159]äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ êâàíòîâîé òî÷êè èñïîëüçîâàíà ðåøåòî÷íàÿ ìîäåëü, êîòîðàÿ äàåò âîçìîæíîñòü èññëåäîâàòü òî÷êó ïðîèçâîëüíîé ãåîìåòðèè è âûÿâèòü âëèÿíèå áåñïîðÿäêà â ñèñòåìå íà îñîáåííîñòè ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà [161]. Äëÿ àíàëèçà íåìîíîòîííîãî çàïîëíåíèÿ àâòîðû [159] èñïîëüçîâàëè ìåòîä ôóíêöèé Ãðèíà.  ðàáîòå [160] ïðåäëîæåí ìåòîä àíàëèçàâëèÿíèÿ ýëåêòðîííûõ êîððåëÿöèé íà ëîêàëüíóþ îðáèòàëüíóþ ýëåêòðîííóþ ñòðóêòóðó, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèè îáîáùåííîãî õàááàðäîâñêîãîãàìèëüòîíèàíà ñîâìåñòíî ñ ôîðìàëèçìîì ôóíêöèîíàëà ïëîòíîñòè è ïðèáëèæåíèåì äèíàìè÷åñêîãî ñðåäíåãî ïîëÿ [162164].
 ðàáîòå [160] ðàññìîòðåíû äâà ïðåäåëüíûõ ñëó÷àÿ âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ:êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ìàëåíüêèì U → 0 è ñàìûìáîëüøèì U → ∞ ïàðàìåòðîì â ñèñòåìå.Òóííåëüíûå ïðîöåññû â ñèñòåìàõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê â ïðèñóòñòâèè ñèëüíûõ êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ÿâëÿþòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿîäíîé èç íàèáîëåå àêòóàëüíûõ ïðîáëåì â ôèçèêå ñòðóêòóð ñâåðõìàëûõðàçìåðîâ. Ñîâðåìåííûé òåõíîëîãè÷åñêèé óðîâåíü ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü îäèíî÷íûå êâàíòîâûå òî÷êè ñ çàäàííûì íàáîðîì ïàðàìåòðîâ è ñâÿçàííûåêâàíòîâûå òî÷êè ñ ðàçëè÷íîé ïðîñòðàíñòâåííîé ãåîìåòðèåé [165169].Ýíåðãåòè÷åñêèé ñïåêòð êâàíòîâûõ òî÷åê îïðåäåëÿåòñÿ èõ ôîðìîé è ðàçìåðîì [170], à, ñëåäîâàòåëüíî, ìîæåò áûòü çàäàí íà ýòàïå ðîñòà.
Õîðîøîèçâåñòíàÿ âåðòèêàëüíàÿ ãåîìåòðèÿ [165167] ïîçâîëÿåò èññëåäîâàòü íåñòàöèîíàðíûå ýôôåêòû ïðè ôîðìèðîâàíèè ðàçëè÷íûõ çàðÿäîâûõ è ñïèíîâûõêîíôèãóðàöèé â êâàíòîâûõ òî÷êàõ êàê ýêñïåðèìåíòàëüíî [167], òàê è òåîðåòè÷åñêè [171]. ðàáîòå [167] îáíàðóæåíî îïòè÷åñêîå óñèëåíèå ðàìàíîâñêèõ ïåðåõîäîâ ìåæäó ñèíãëåòíûìè è òðèïëåòíûìè ñîñòîÿíèÿìè â ñâÿçàííûõ êâàí-56òîâûõ òî÷êàõ. Ïðåäëîæåííàÿ ñõåìà óñèëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíîé äëÿñîçäàíèÿ êîíòðîëèðóåìîãî òâåðäîòåëüíîãî èìïóëüñíîãî ëàçåðà. Ïðåèìóùåñòâîì ëàçåðà íà ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòüñîçäàíèÿ ïîëíîñòüþ êîãåðåíòíîé íàêà÷êè.
Óìåíüøåíèå íàñåëåííîñòè àêòèâíûõ óðîâíåé ìîæíî êîíòðîëèðîâàòü, èçìåíÿÿ íàïðÿæåíèå íà êîíòàêòåèëè òîëùèíó òóííåëüíîãî áàðüåðà.Àâòîðû [171] èññëåäîâàëè ôèçè÷åñêèå îñîáåííîñòè ñèñòåìû äâóõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ñ êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè òîëüêî â îäíîé èçòî÷åê ñ íå÷åòíûì ÷èñëîì ýëåêòðîíîâ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ áåðåãàìè òóííåëüíîãî êîíòàêòà, ñ òî÷êè çðåíèÿ ñèììåòðèè ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìû. ðàáîòå ïðîàíàëèçèðîâàíî ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ìåæäó ðàçëè÷íûìèñïèíîâûìè êîíôèãóðàöèÿìè ñèñòåìû ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê â ðåæèìå Êîíäî. Ðàññìîòðåí ñëó÷àé, êîãäà ðàññòðîéêà ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèèòî÷åê ïðåâîñõîäèò âåëè÷èíó ñâÿçè ìåæäó òî÷êàìè è âåëè÷èíó êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Ïðåäëîæåí íîâûé ìåõàíèçì, êîòîðûé ïðèâîäèò ê ïåðåõîäó ñèñòåìû èç ñèíãëåòíîãî ñîñòîÿíèÿ â ñëó÷àå ñëàáîé ñâÿçè â òðèïëåòíîåñîñòîÿíèå â ðåæèìå ñèëüíîé ñâÿçè.
Àâòîðû ïîêàçàëè, ÷òî âçàèìîäåéñòâèåñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ïðè íóëåâîì íàïðÿæåíèè èçìåíÿåòýíåðãåòè÷åñêèé ñïåêòð ñèíãëåòíîãî è òðèïëåòíîãî ñîñòîÿíèé. Èçìåíåíèåýíåðãåòè÷åñêîãî ñïåêòðà ïðèâîäèò ê ñèòóàöèè, êîãäà ýíåðãèÿ òðèïëåòíîãîñîñòîÿíèÿ îêàçûâàåòñÿ íèæå ýíåðãèè ñèíãëåòíîãî ñîñòîÿíèÿ. Êðîìå òîãî,â ðàáîòå [171] ïðîäåìîíñòðèðîâàíî, ÷òî åñëè îñíîâíûì ñîñòîÿíèåì ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ òðèïëåòíîå ñîñòîÿíèå, òî ìîæíî íàáëþäàòü ýôôåêò Êîíäî. ñëó÷àå ñèíãëåòíîãî îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ ýôôåêò Êîíäî â ñèñòåìå äâóõñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê íåâîçìîæåí.Ëàòåðàëüíàÿ ãåîìåòðèÿ êâàíòîâûõ òî÷åê ÿâëÿåòñÿ áîëåå òðóäíî ðåàëèçóåìîé ýêñïåðèìåíòàëüíî [168]. Ïîýòîìó áîëüøèíñòâî ðàáîò ïî èññëåäîâàíèþ ñâÿçàííûõ ëàòåðàëüíûõ êâàíòîâûõ òî÷åê íîñèò òåîðåòè÷åñêèé õàðàêòåð [172, 173].
 ðàáîòå [172] äëÿ èññëåäîâàíèé ïðèìåíåí ìåòîä ïñåâäîïîòåíöèàëà [174]. Îñíîâíûì âîïðîñîì, ðàññìîòðåííûì â ðàáîòå [172],ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ î ñóùåñòâîâàíèè ýêñèòîíîâ è òðèîííûõ êîìïëåêñîâ â ëàòåðàëüíûõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ â ïðèñóòñòâèè âíåøíåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Ýëåêòðîí-äûðî÷íûå ïàðû â ñâÿçàííûõ ëàòåðàëüíûõ êâàíòîâûõòî÷êàõ ïðè íàëè÷èè ïëàíàðíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ èññëåäîâàíû â ðàáîòå [173] íà îñíîâå ïðèáëèæåíèÿ, ó÷èòûâàþùåãî êîððåëÿöèè ýëåêòðîíîâ èäûðîê.
Ðàññìîòðåíû êâàíòîâûå òî÷êè êóáè÷åñêîé è ñôåðè÷åñêîé ôîðìû.57Ïîêàçàíî, ÷òî òóííåëüíàÿ ñâÿçü ìåæäó òî÷êàìè ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíîìóèñêàæåíèþ ýêñèòîííîãî ñïåêòðà ñèñòåìû.Îñíîâíûå óñèëèÿ ïðè èññëåäîâàíèè ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â êâàíòîâûõ òî÷êàõ íàïðàâëåíû íà èçó÷åíèå íåðàâíîâåñíûõ çàðÿäîâûõ ñîñòîÿíèéè ðàçëè÷íûõ ñïèíîâûõ êîíôèãóðàöèé, âîçíèêàþùèõ â ðåçóëüòàòå òóííåëèðîâàíèÿ ÷åðåç ñâÿçàííûå êâàíòîâûå òî÷êè, ïðè íàëè÷èè ñèëüíîãî êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ [145,150,171,175177]. Îäíîé èç íàèáîëåå èçó÷åííûõïðîáëåì â ýòîé îáëàñòè ÿâëÿåòñÿ ïðîáëåìà òóííåëèðîâàíèÿ ÷åðåç îäèíî÷íûå [178180] è ñâÿçàííûå [23, 145, 150, 171, 175, 181, 182] êâàíòîâûå òî÷êè âðåæèìå Êîíäî, êîòîðûé ïîçâîëÿåò èññëåäîâàòü îñîáåííîñòè ýëåêòðîííîãîòðàíñïîðòà â ñèñòåìå ïðè ìàëûõ íàïðÿæåíèÿõ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå.Äëÿ òåîðåòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â êâàíòîâûõòî÷êàõ â ðåæèìå Êîíäî îáû÷íî ïðèìåíÿþò äèàãðàììíóþ òåõíèêó Êåëäûøà äëÿ íåðàâíîâåñíûõ ïðîöåññîâ [145, 179], ìåòîä ðåíîðì ãðóïïû [150],ïðèáëèæåíèå ñðåäíåãî ïîëÿ [182] èëè ïñåâäî÷àñòè÷íûé ïîäõîä, ïðåäëîæåííûé Êîëåìàíîì [175,179,183,184].
Ïñåâäî÷àñòè÷íûé ïîäõîä, ïðåäëîæåííûéè ðàçâèòûé â ðàáîòàõ [183186], óäîáíî ïðèìåíÿòü äëÿ îïèñàíèÿ ñâîéñòâñèëüíî êîððåëèðîâàííûõ ýëåêòðîííûõ ñèñòåì, êîãäà èñïîëüçîâàíèå îáû÷íîé äèàãðàììíîé òåõíèêè, â êîòîðîé â êà÷åñòâå íóëåâîãî ïðèáëèæåíèÿáåðåòñÿ ïðîïàãàòîð íåâçàèìîäåéñòâóþùèõ ÷àñòèö, íàòàëêèâàåòñÿ íà çíà÷èòåëüíûå òðóäíîñòè. Ýòî âûçâàíî íåîáõîäèìîñòüþ ó÷åòà äèàãðàìì âñåõïîðÿäêîâ òåîðèè âîçìóùåíèé ïî âçàèìîäåéñòâèþ ïðè ñèëüíîì âçàèìîäåéñòâèè ìåæäó ÷àñòèöàìè.
Îäíèì èç âîçìîæíûõ ïîäõîäîâ ÿâëÿåòñÿ âûäåëåíèå íàèáîëåå ñóùåñòâåííîé ÷àñòè ìåæýëåêòðîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ÷òîäåëàåò âîçìîæíûì îïèñàíèå îñòàâøåéñÿ ÷àñòè âçàèìîäåéñòâèÿ â ðàìêàõòåîðèè âîçìóùåíèé.  êà÷åñòâå ñïîñîáà âûäåëåíèÿ îñíîâíîé ÷àñòè âçàèìîäåéñòâèÿ ìîæíî ââîäèòü äîïîëíèòåëüíûå îãðàíè÷åíèÿ íà âîçìîæíûåñîñòîÿíèÿ è êîíôèãóðàöèè ÷àñòèö. Ïðè ýòîì èç òåîðèè èñ÷åçàåò áîëüøîéìàñøòàá ýíåðãèè.Îäèí èç íàèáîëåå èíòåðåñíûõ ðåçóëüòàòîâ áûë ïîëó÷åí äëÿ ñèñòåìûäâóõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì â êàæäîé èç òî÷åê [175]. Àâòîðû ïîêàçàëè, ÷òî êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ìîãóòïðèâîäèòü ê áèñòàáèëüíîìó ïîâåäåíèþ ïðîâîäèìîñòè â ðåæèìå Êîíäî ïðèíóëåâûõ íàïðÿæåíèÿõ. ðàáîòå [23] òåîðåòè÷åñêè èññëåäîâàí íèçêî÷àñòîòíûé øóì â ñèñòåìåäâóõ ñèëüíî êîððåëèðîâàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê â ðåæèìå Êîíäî ïðè íà-58ëè÷èè àíòèôåððîìàãíèòíîãî îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó òî÷êàìè.Íåðàâíîâåñíûé ýëåêòðîííûé òðàíñïîðò èññëåäîâàí ñ ïðèìåíåíèåì òåîðèèñðåäíåãî ïîëÿ äëÿ ïñåâäî÷àñòè÷íûõ îïåðàòîðîâ.
Àâòîðû ðàññìîòðåëè êàêðàâíîâåñíûé, òàê è íåðàâíîâåñíûé ñëó÷àé è ïîêàçàëè, ÷òî ïîâåäåíèå ñèñòåìû çàâèñèò îò ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó àìïëèòóäàìè òóííåëèðîâàíèÿ, îòòåìïåðàòóðû Êîíäî è âåëè÷èíû àíòèôåððîìàãíèòíîé êîíñòàíòû.Àâòîðû [181] èçó÷àëè ïðîöåññû ðåçîíàíñíîãî òóííåëèðîâàíèÿ ÷åðåçñèñòåìó ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ïðè íàëè÷èè ñèëüíîãî êóëîíîâñêîãîâçàèìîäåéñòâèÿ. Êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè âíóòðè êàæäîé èç òî÷åê èìåþòîäèíàêîâóþ âåëè÷èíó è çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäÿò äðóãèå ýíåðãåòè÷åñêèåïàðàìåòðû ñèñòåìû. Áûëà ðàññìîòðåíà ñèñòåìà, â êîòîðîé ìîæåò ñóùåñòâîâàòü òîëüêî äâà çàðÿäîâûõ ñîñòîÿíèÿ - ïóñòîå èëè îäíîêðàòíî çàïîëíåííîå.  êàæäîé èç òî÷åê ìîæåò îäíîâðåìåííî íàõîäèòüñÿ òîëüêî ïî îäíîìó ýëåêòðîíó.  ðàáîòå îáíàðóæåíà ìíîæåñòâåííàÿ ñòðóêòóðà Êîíäîïèêîâ. ðàáîòå [182] ìåòîäîì ñðåäíåãî ïîëÿ äëÿ ïñåâäî÷àñòèö èññëåäîâàíàïðîáëåìà ñïèíîâîãî òðàíñïîðòà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ôåððîìàãíèòíûìè áåðåãàìè òóííåëüíîãî êîíòàêòà.
