Отзыв оппонента Барабанова (Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертацию Манцевича Владимнра Николаевича "'Неравновесные эффекты и нестациоиарный элекгронный транспорт в полупроводниковых нвноструктурах с межчастичным взаимодействием", представленную на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.! 0 — «Физика полупроводниковл. Диссертационная работа В.Н.

Манцевича посвящена разработке новых методов теоретического исследования особенностей неравновесной кинетики и нестационарных эффектов прн электронном транспорте через полупроводниковые наносгруктуры с сильными межчастичными корреляциями и выявлсишо электронных свойств неравновесных сильно коррелированных наноструктур. На основании развитых взаимосвязанных теоретических подходов и методов автор обьяспнл природу целого ряда особенностей неравновесного электронного транспорта в наноструктурах и описал новыс эффекты, обусловленные наличием кулоновских корреляций и электрон-фоионного взаимодействия. Эти результаты можно использовать для контроля за локальнэами характеристиками электронного транспорта и создания новэлх классов полупроводниковых приборов, основанных на развитой в диссертационной работе теории нестационарного электронного транспорта в сильно коррелированных системах пониженной размерности.

Актуальность темы диссертации не вызывает сомнений. Прээведенное исследование электронных свойств неравновесных наноструктур с сильными меж гастичными корреляциями открывает возможности для управления свойствами электронного транспорта в полупроводниковых приборах и для управления электронными свойствами твердотельных наноструктур в процессе их получения. Понимание микроскопической природы процессов в полупроводниковых нанйсзруктурах необходимо в процессе создания приборов современной наноэлектроники. Отдельно стоне от~етить больщой вклад В.Н. Манцевича в 1эазвитие тео1эии нестационарного электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах с сильными электронными корреляциями.

Научный интерес к переходным процессам в ПОЛунроВОДНИКОВЫХ НВНОСТРУКТУРВХ СВЯЗВН С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ЛОКаэзнзапнн И последующего пространственного перераспределения заряда в сильно коррелированных системах пониженной размерности, что приводит к качественному измеиениэо режима релаксации зарядовой плотности и является физической основой при создании целого ряда полупроводниковых устройств, таких как элемегиы линамической памяти, сверхоыстрые обратимые зарядовые переключатели, неадиабатические электронные насосы. Актуъзьность диссертации определяется также предложеными автором теоретическими подходами, которые позволяют описывать особенности нестацнонарнщи электронного транспорта в неравновесных наноструктурах с сильными электронными корреляциями без введения малого параметра по величине кулоновского взаимодействия.

Новые теоретические подходы к опнсани|о неравновесных эффектов н особенностей нестационарного электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах с сильными межчастичнымп коррсляциямн способствуют появлении> новых способов управления переходными процессами в электронных системах и стабилизации параметров электронного транс1зорта в приборах, функционирующих в гигагерцовом диапазоне частот. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы, содержащего 297 ссылок. Работа иъюжена на 337 страницах н содержит 97 рисунков.

Во Введении определена актуальность темы, перечислены цели н задачи работы, показана ее научная новизна, научная. практическая значимость и достоверность. Указаны личныЙ вклад автора, число публикаций по теме раооты и предсзавлен список конференций. на которых была работа апробирована. Первая глав» диссертации содержит обзор литературы по исследованиям стационарного н нестационарного электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах - примесных атомах и квантовых точках. В конце главы перечислен ряд наиболее актуальных направлений исследований полупроводниковых наноструктур, где остается много нерешенных проблем.

Последующие шесть глав содержат полученные автором оригинальные результаты. Во второй, третьей и четвертой главах диссертации проанализированы особенности стационарного электронного транспорта в неравновесных полупроводниковых наноструктурах - примесных акимах н квантовых точках.

Во второй главе предложен теоретический подход, позволивший исследовать пространственное распределение локальной электронной плотности вблизи индивидуальных мелких и глубоких примесных атомов с учетом кулоновского взаимодействия в ус юанях существования нескольких конкурирующих каналов для тупнелировання электронов. Предложенный подход позволяет по виду спектров локальной туннельной проводимости анализировать кинетические характеристики исследуемых систем.

В третьей главе проведен анализ статистических свойств туннельных процессов в присутствии зарядоьчях локализованных состояний в области туннельного контакта. Впервые представлена теоретическая модель, которая позволила объяснить происхождение сингулярных особенностей в низкочастотной составляю1цей спектральной плотности туннельного тока н ВыяВить зависимость показателя с'!'Спеии низкочастОтнОго шума со спсктрОм П1 От знака заряда примесного атома. В четвертой главе предложен теоретический подход для анализа электронного транспорта в электронных коррелированных системах с несколькими уровнями энергии, который точно учитывает кулоновские коррепшин локализованных электронов.

Развитый подход позволил впервые обнаружить. что кулоновские корреляции мог1ч приводить к инверсной заселениосги, к появленн1о областей с отрицательной туннельной проводимостью н явля1отся причиной мнОгократного перераспределения заряда. В питой, шестой и седьмой главах диссертационной работы исследован пестационарный электронный транспорт в системах связанных квантовых точек, взаимодействуюших с состояниями непрерывного спектра. В питой 1лаве методом диаграммной техники для неравновесных процессов проанализировала релаксация заряда в связанных квантовых точках без учета кулоновского взаимодействия.

Впервые рассчитана модель нового электронного прибора - неадиабатического электронного насоса, сформированного из трех связанных квантовых точек. Работа прибора основана на протекании нестационарного туннельного тока в отсутствии напряжения на туннельном контакте. обусловленного разницей в скоростях релаксации заряда при резонансном н нерезонансном туннелнровании. В шестой и седьмой главах на основе предложенных новых теоретических подходов выполнен анализ релаксации заряда в связанных квантовых точках с сильными межчастичными корреляциями.

Впервые подробно исследован характер релаксации заряда и выявлен механизм, ответственный за немонотонный процесс релаксации заряда. Продемонстрировано, что релаксация заряда может протекать через бнфуркацию и показано. что система связанных квантовых точек может представлять из себя эффективную зарядовую ловушку. Важным результатом является разработка нового подхода к описанию нестацнонарпого электрошюго транспорта в связанных квантовых точках с кулоновским взаимодействием.

основанного на гейзснберговских уравнениях для корреляционных функций электронов выапнх порядков, предложенного в седьмой главе. Разработанный подход точно учитывает кулоновские корр~ляц~и ~ок~лизованны~ электронов, ч1О позволило впервые Обнаружи1ь и описать эффект динамического пленения заряда в связанных квантовых точках. В Закл1очеиин сформулированы основные результаты работы, выносимые на за1циту. Научиаи новизна результкгов, полученных В.Н. Манцевичем, определяешься созданием комплекса теоретических методов для исследования особенностей электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием и получение ряда новых важных результатов, имеющих фундаментальное значение лля физики полупроводников, К наиболее важными результатам, полученным в диссертационной работе, можно отнести следующие: 1.

Разработан оригинальный теоретический подход„основанный на использовании уравнений Гейзенберга зшя корреляционных функций электронов высших порядков, который позволил проанализировать электронный транспорт и туннельные характеристики двухуровневых электронных систем с снльнымн кулоновскимн корреляциями. В предложенном подходе впервые точно выполнен учет кулоновских корреляций локализованных электронов во всех порядках по величине взаимодействия. С помощью данного подхода обнаружено формирование инверсной заселенности, многократное обратимое перераспределение заряда между одноэлектронными состояниями системы и появление отрицательной туннельной проводимости, связанныс с наличием в системе сильных кулоновскнх корреляций.

2, Впервые показано, что в сильно связанных квантовых точках из-за наличия кулоновских корреляций локализованных электронов полные электронные числа заполнения могуг уменьшаться с ростом напряжения, приложенного к туннельному контакту. Установлено, что для определенных значений параметров системы заполнение триплетного состояния может превосходить заполнение основного синглетного состояния. Теоретически обоснована возможность создания заданного распределения электронной плотности в связанных квантовых точках и примесных комплексах с сильными кулоновскими корреляциями при изменении напряжения. приложенного к туннельном контакту. 3. Представлено теоретическое обоснование возможности применения системы связанных квантовых точек для создания нового класса полупроводниковых приборов неадиабатических электронных насосов.