Диссертация (Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием), страница 4

Ïîêàçàíî, ÷òî â òàêîé ñèñòåìå çàðÿä ïðàêòè÷åñêèïîëíîñòüþ îñòàåòñÿ ëîêàëèçîâàííûì â íà÷àëüíîé òî÷êå, íåñìîòðÿ íàíàëè÷èå äèññèïàöèè. Ïðîöåññ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ”ïëåíåíèå”çàðÿäà, à ñèñòåìó êâàíòîâûõ òî÷åê - êàê ”çàðÿäîâóþ ëîâóøêó”.9. Ïðåäëîæåí ìåòîä îïèñàíèÿ ïðîöåññîâ ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõêâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ òåðìîñòàòîì, îñíîâàííûéíà èñïîëüçîâàíèè óðàâíåíèé Ãåéçåíáåðãà, êîòîðûå ïðèìåíåíû äëÿìíîãî÷àñòè÷íûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé. Äàííûé ïîäõîä ïîçâîëèëïîëó÷èòü ñèñòåìó óðàâíåíèé, êîòîðàÿ òî÷íî ó÷èòûâàåò êóëîíîâñêèåêîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ âî âñåõ ïîðÿäêàõ, è âû÷èñëèòü òî÷íî âñå êîððåëÿòîðû äëÿ êîíå÷íîãî çíà÷åíèÿ âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ñðàâíèìîé ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó óðîâíÿìèýíåðãèè.

Ïîêàçàíî, ÷òî ñèñòåìà óðàâíåíèé, ó÷èòûâàþùàÿ êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ âî âñåõ ïîðÿäêàõ, èìååò òî÷íîå àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå. Ïðåäëîæåííûé ïîäõîä ïîçâîëèëîáíàðóæèòü ýôôåêò äèíàìè÷åñêîãî ïëåíåíèÿ çàðÿäà â ñèñòåìå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ñ êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè, âçàèìîäåé-17ñòâóþùèõ ñ òåðìîñòàòîì. Ïîêàçàíî, ÷òî ñóùåñòâóåò îñîáûé ðåæèìðåëàêñàöèè çàðÿäà ñ ðåçêèì óìåíüøåíèåì àìïëèòóäû è ïîñëåäóþùèì ïî÷òè ïîëíûì åå âîññòàíîâëåíèåì, êîòîðûé ìîæåò áûòü ïðèìåíåí äëÿ ñîçäàíèÿ íà îñíîâå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê îáðàòèìûõçàðÿäîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé.Îáîñíîâàííîñòü è äîñòîâåðíîñòü Ðåçóëüòàòû, ïðåäñòàâëåííûå âäèññåðòàöèè, ïîëó÷åíû íà îñíîâå ÷èñëåííûõ âû÷èñëåíèé ñ èñïîëüçîâàíèåì òùàòåëüíî òåñòèðîâàííûõ êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì.

Îáîñíîâàííîñòüè äîñòîâåðíîñòü îïðåäåëÿþòñÿ èñïîëüçîâàíèåì ñîâðåìåííûõ ìåòîäîâ òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêè, êîððåêòíîñòüþ ïîñòàíîâêè çàäà÷è è àäåêâàòíîñòüþïðèìåíÿåìûõ ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé; ðåçóëüòàòû ðàáîòû ïîäòâåðæäåíû ìíîãîêðàòíîé ïðîâåðêîé ðàçâèòûõ â ðàáîòå ìåòîäîâ â èçâåñòíûõ ïðåäåëüíûõ ñëó÷àÿõ, à òàêæå ñðàâíåíèåì ñ äàííûìè îïóáëèêîâàííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðàáîò. Îíè íåîäíîêðàòíî äîëîæåíû íà ñåìèíàðàõ, ðîññèéñêèõè ìåæäóíàðîäíûõ êîíôåðåíöèÿõ ïî ïðîáëåìàì, ñâÿçàííûì ñ òåìàòèêîéäèññåðòàöèîííîé ðàáîòû. Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû îïóáëèêîâàíû â âåäóùèõðîññèéñêèõ è ìåæäóíàðîäíûõ íàó÷íûõ æóðíàëàõ.

Ýòî ïîçâîëÿåò ñ÷èòàòüïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû îáîñíîâàííûìè è äîñòîâåðíûìè, à òàêæå ïîëíîñòüþ îòâå÷àþùèìè ñîâðåìåííîìó ìèðîâîìó óðîâíþ èññëåäîâàíèé. Ïðåäñòàâëåííûå íà çàùèòó ðåçóëüòàòû ÿâëÿþòñÿ íîâûìè è ïîëó÷åíû âïåðâûå.Ëè÷íûé âêëàä: Àâòîð âíåñ îïðåäåëÿþùèé ëè÷íûé âêëàä â ðàáîòó,â òîì ÷èñëå â ôîðìóëèðîâêó îñíîâíûõ èäåé ðàçâèòûõ â äèññåðòàöèè òåîðåòè÷åñêèõ ïîäõîäîâ, à òàêæå â ðàçâèòèå òåîðèè íåñòàöèîíàðíîãî ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â íåðàâíîâåñíûõ íàíîñòðóêòóðàõ ñ ýëåêòðîííûìè êîððåëÿöèÿìè. Âñå ðåçóëüòàòû, ïðåäñòàâëåííûå â äèññåðòàöèîííîé ðàáîòå, ïîëó÷åíû àâòîðîì ëè÷íî, ëèáî ïðè åãî íåïîñðåäñòâåííîì ó÷àñòèè.Ñòðóêòóðà è îáúåì äèññåðòàöèîííîé ðàáîòûÄèññåðòàöèÿ ñîñòîèò èç ââåäåíèÿ, 7 ãëàâ, çàêëþ÷åíèÿ è ñïèñêà ëèòåðàòóðû.

Îáúåì ðàáîòû ñîñòàâëÿåòñòðàíèö, âêëþ÷àÿðèñóíêîâ.Ñïèñîê ëèòåðàòóðû ñîäåðæèòíàèìåíîâàíèé.äàíà îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà äèññåðòàöèè: îáîñíîâàíà àêòóàëüíîñòü òåìû; ñôîðìóëèðîâàíû öåëè ðàáîòû, íàó÷íàÿ íîâèçíàÂî ââåäåíèè2973379718è ïðàêòè÷åñêàÿ öåííîñòü ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ; ïåðå÷èñëåíû îñíîâíûåïîëîæåíèÿ, âûíîñèìûå íà çàùèòó; ïðèâåäåíû ñâåäåíèÿ îá àïðîáàöèè ðåçóëüòàòîâ, îñíîâíûõ ïóáëèêàöèÿõ, îáúåìå è ñòðóêòóðå ðàáîòû.Âïðîâåäåí àíàëèç ëèòåðàòóðíûõ äàííûõ ïî ýêñïåðèìåíòàëüíîìó è òåîðåòè÷åñêîìó èññëåäîâàíèþ îñîáåííîñòåé ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â íåðàâíîâåñíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìèêðî- è íàíîñòðóêòóðàõ.

Ëèòåðàòóðíûé àíàëèç ïîçâîëèë ñäåëàòü âûâîä î òîì, ÷òî èññëåäîâàíèÿ íåðàâíîâåñíûõ ýôôåêòîâ è íåñòàöèîíàðíîãî ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â ñòðóêòóðàõ ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ ñ ýëåêòðîííûìè êîððåëÿöèÿìè â íàñòîÿùååâðåìÿ ÿâëÿþòñÿ àêòóàëüíûìè è êðàéíå âîñòðåáîâàííûìè â ñâÿçè ñ ïîòðåáíîñòÿìè ñîâðåìåííîé íàíîýëåêòðîíèêè â ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâàõ, ôóíöèîíèðóþùèõ íà îñíîâå óïðàâëÿåìîãî ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà. Íåñìîòðÿ íàáîëüøîå êîëè÷åñòâî ðàáîò â ýòîé îáëàñòè, ñóùåñòâóåò ðÿä ÿâëåíèé, ôèçè÷åñêèå ïðè÷èíû âîçíèêíîâåíèÿ êîòîðûõ òðåáóþò áîëåå ãëóáîêîãî àíàëèçà,à, ñëåäîâàòåëüíî, íåîáõîäèìî ñîçäàíèå íîâûõ ìåòîäîâ è ïîäõîäîâ äëÿ àíàëèçà íåðàâíîâåñíûõ ñâîéñòâ è íåñòàöèîíàðíîãî ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà âíàíîñòðóêòóðàõ ñ ñèëüíûìè êîððåëÿöèÿìè.ïîñâÿùåíà èçó÷åíèþ ëîêàëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòèíà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâ â îêðåñòíîñòè èíäèâèäóàëüíûõ ïðèìåñíûõ àòîìîâ è íèçêîðàçìåðíûõ ñòðóêòóð ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.

Ïîêàçàíî, ÷òî îòäåëüíûå ïðèìåñíûå àòîìû ïðèâîäÿò ê çíà÷èòåëüíîé ìîäèôèêàöèè âèäà ëîêàëüíîé ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé, êîòîðàÿ ïðîÿâëÿåòñÿ âî ”âêëþ÷åíèè” è ”âûêëþ÷åíèè”ïðèìåñíîãî àòîìà â ëîêàëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè ïðè èçìåíåíèèðàññòîÿíèÿ îò ïðèìåñè. Íàëè÷èå íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà îäíîìåðíîãî âîçìóùàþùåãî ïîòåíöèàëà, ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ îñöèëëÿöèé âïðîñòðàíñòâåííîì ðàñïðåäåëåíèè ëîêàëüíîé ïëîòíîñòè ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé â íàïðàâëåíèè ïåðïåíäèêóëÿðíîì îäíîìåðíîìó äåôåêòó.Èññëåäîâàíî âëèÿíèå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõýëåêòðîíîâ íà âèä ñïåêòðîâ ëîêàëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè â îêðåñòíîñòè ãëóáîêèõ è ìåëêèõ ïðèìåñíûõ àòîìîâ.

Ïðîäåìîíñòðèðîâàíî, ÷òî êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó èçìåíåíèþ ôîðìû è øèðèíû ëèíèè. Îáíàðóæåíî, ÷òî ïðè íàëè÷èè êàê ïðÿìîãî êàíàëà òóííåëèðîâàíèÿ ìåæäó ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà â áåðåãàõ òóííåëüíîãî êîíòàêòà, òàê è ðåçîíàíñíîãî êàíàëàòóííåëèðîâàíèÿ ÷åðåç ïðèìåñíûé àòîì, â ñïåêòðàõ ëîêàëüíîé òóííåëüíîéãëàâå 1Ãëàâà 219ïðîâîäèìîñòè ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå Ôàíî ðåçîíàíñîâ, îáóñëîâëåííûõèíòåðôåðåíöèåé ìåæäó êàíàëàìè.ïîñâÿùåíà òåîðåòè÷åñêîìó èññëåäîâàíèþ ñïåêòðàëüíîéïëîòíîñòè òóííåëüíîãî òîêà â øèðîêîì äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé íà òóííåëüíîì êîíòàêòå. Ïðåäëîæåíà òåîðåòè÷åñêàÿ ìîäåëü, ó÷èòûâàþùàÿ ýôôåêòûìíîãîêðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè íà êóëîíîâñêîì ïîòåíöèàëå, ñîçäàâàåìûì çàðÿäîì ëîêàëèçîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ â îáëàñòè òóííåëüíîãî êîíòàêòà, èçìåíÿþùèìñÿ â ïðîöåññå òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ.Ðàçðàáîòàííàÿ ìîäåëü ïîçâîëèëà îáúÿñíèòü ìèêðîñêîïè÷åñêóþ ïðèðîäóíèçêî÷àñòîòíîãî øóìà ñî ñïåêòðîì 1/f α , ñâÿçàííîãî ñ ñîñòîÿíèÿìè, ëîêàëèçîâàííûìè íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâ.

Îáíàðóæåíî, ÷òî ó÷åò êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ çàðÿäîâûõ ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé ñ ýëåêòðîíàìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ìîæåò ïðèâîäèòü íå òîëüêî ê ôîðìèðîâàíèþ ñèíãóëÿðíûõ îñîáåííîñòåé â íèçêî÷àñòîòíîé ñîñòàâëÿþùåé ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè òóííåëüíîãî òîêà, íî è ê îáðàçîâàíèþ âûñîêî÷àñòîòíûõ ñèíãóëÿðíûõ îñîáåííîñòåé.

Âûÿâëåíî, ÷òî ïåðåíîðìèðîâêà àìïëèòóä ìàòðè÷íûõ ýëåìåíòîâ â òóííåëüíîì êîíòàêòå ïðè ó÷åòå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ çàðÿäîâûõ ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé ñ ýëåêòðîíàìè íåïðåðûâíîãîñïåêòðà ïðèâîäèò ê ñäâèãó íèçêî÷àñòîòíûõ ñèíãóëÿðíûõ îñîáåííîñòåé âñïåêòðàõ òóííåëüíîãî òîêà â âûñîêî÷àñòîòíóþ îáëàñòü.ïîñâÿùåíà èññëåäîâàíèþ îñîáåííîñòåé ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â íàíîñòðóêòóðàõ ñ íåñêîëüêèìè óðîâíÿìè ýíåðãèè ïðè íàëè÷èèêóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.

Ïðåäëîæåí íîâûéìåòîä îïèñàíèÿ ïðîöåññîâ â òàêîé ñèñòåìå, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèèóðàâíåíèé Ãåéçåíáåðãà, êîòîðûå ìîãóò áûòü çàïèñàíû ëèáî äëÿ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ýëåêòðîíîâ, ëîêàëèçîâàííûõ íà óðîâíÿõ ýíåðãèè ëèáî äëÿ ïñåâäî÷àñòè÷íûõ îïåðàòîðîâ ñ îãðàíè÷åíèåì íà âîçìîæíûå ôèçè÷åñêèå ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìû. Ðàçðàáîòàííûé ïîäõîä ïîçâîëèë òî÷íî ó÷åñòü êóëîíîâñêèåêîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ âî âñåõ ïîðÿäêàõ äëÿ ñëó÷àÿ ñëàáîé ñâÿçè ñ áåðåãàìè òóííåëüíîãî êîíòàêòà, è òî÷íî âû÷èñëèòü âñå êîððåëÿöèîííûå ôóíêöèè äëÿ êîíå÷íîé âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ,ñðàâíèìîé ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè, òî åñòü ïðåäëîæåíîðåàëèñòè÷åñêîå îïèñàíèå ñèñòåì ñ ñèëüíûìè êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè.Îáíàðóæåíî, ÷òî ïðè ïðîòåêàíèè òóííåëüíîãî òîêà êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ ïðèâîäÿò ê ïðèíöèïèàëüíî íîâîìóðàñïðåäåëåíèþ çàðÿäîâîé ïëîòíîñòè â äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìå.

Ïðèìåíå-Ãëàâà 3Ãëàâà 420íèå ïñåâäî÷àñòè÷íûõ îïåðàòîðîâ ñ îãðàíè÷åíèåì íà âîçìîæíûå ôèçè÷åñêèå ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìû ïîçâîëèëî ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î çàðÿäîâûõ èñïèíîâûõ êîíôèãóðàöèÿõ ñîñòîÿíèé ñ ðàçíûì ÷èñëîì ýëåêòðîíîâ è ïðîàíàëèçèðîâàòü ïîâåäåíèå ïîëíûõ ýëåêòðîííûõ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ, ÷èñåëçàïîëíåíèÿ îòäåëüíûõ ìíîãîýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé, à òàêæå èññëåäîâàòüòóííåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ñèëüíî ñâÿçàííûõ ñèñòåì äëÿ ðàçëè÷íûõ ïîëîæåíèé îäíîýëåêòðîííûõ óðîâíåé ýíåðãèè îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ Ôåðìèîáðàçöà.Ïîêàçàíî, ÷òî êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè â äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìå ïðèâîäÿò ê èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè è ê îáðàòèìîìó ïåðåðàñïðåäåëåíèþ çàðÿäàìåæäó îäíîýëåêòðîííûìè ñîñòîÿíèÿìè ñèñòåìû. Íàéäåíî, ÷òî êóëîíîâñêèåêîððåëÿöèè îòâå÷àþò çà ïîÿâëåíèå îòðèöàòåëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè.Âèññëåäîâàíû îñîáåííîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà â îäíîóðîâíåâûõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìèíåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ðåçåðâóàðà, áåç ó÷åòà êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.

Ïðîäåìîíñòðèðîâàíî, ÷òî â òàêèõ ñèñòåìàõñóùåñòâóåò íåñêîëüêî êàíàëîâ äëÿ ðåëàêñàöèè çàðÿäà ñ ðàçëè÷íûìè õàðàêòåðíûìè âåëè÷èíàìè ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè. Ïîêàçàíî, ÷òî âðåìåííàÿýâîëþöèÿ çàðÿäà â ñèñòåìå îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèÿìè ìåæäó ïàðàìåòðàìè ñèñòåìû: ïîëîæåíèåì óðîâíåé ýíåðãèè, àìïëèòóäàìè òóííåëüíûõ ïåðåõîäîâ, ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà.Ïðåäëîæåíà ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç òðåõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê,âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, êîòîðàÿ ìîæåòáûòü ïðèìåíåíà äëÿ ñîçäàíèÿ íîâîãî òèïà ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ: íåàäèàáàòè÷åñêîãî ýëåêòðîííîãî íàñîñà.