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

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА на диссертационную работу Манцевича Владимира Николаевича «Неравновесные эффекты н нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием», представленную на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.10 — Физика полупроводников. Актуальность темы диссертационной работы Современное развитие науки определяется необходимостью исследования и создания новых перспективных объектов нанометровых масштабов. В настоящее время технологические возможности позволяют конструировать полупроводниковые нанообъекты на основе связанных квантовых точек, взаимодействующих примесных атомов, дефектов и низкоразмерных структур на поверхности полупроводников, Возрастающий интерес к полупроводниковым наноструктурам приводит к необходимости тщательного исследования их электронных свойств непосредственно связаных с проявлением фундаментальных физических явлений — кулоновских корреляций и электрон-фононного взаимодействия.

Диссертационная работа Манцевича В.Н. посвящена комплексному исследованию электронных свойств неравновесных наноструктур с сильными корреляциями, описанию особенностей неравновесной кннетикики н нестационарных эффектов в таких структурах на основе разработанных новых взаимодополняющих теоретических моделей и методов. Диссертационная работа является актуальной как с точки зрения фундаментальности научного исследования, так и с точки зрения практических приложений. Диссертация является законченным фундаментальным научным исследованием, объединенным одной общей целью - развитием теории, описывающей электронный транспорт в неравновесных полупроводниковых наноструктурах с сильным межчастичным взаимодействием. В работе последовательно и системно выявлены и проанализированы особенности, возникающие в процессе стационарного и нестационарного электронного транспорта через неравновесные полупроводниковые наноструктуры с сильными межчастичнымн корреляциями.

Достоверность и обоснованность полученных результатов диссертационной работы Достоверность полученных результатов обеспечена глубоким физическим анализом явлений, обнаруженных при исследовании электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием, комплексным подходом к аналитическому и численному анализу электронных свойств неравновесных полупроводниковых наноструктур, тщательным сопоставлением с результатами других исследователей. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что исследования, проведенные в рамках диссертационной работы В.Н.

Манцевичем, выполнены на высоком теоретическом уровне, часть результатов подтверждена экспериментально, что обеспечивает корректность и надежность полученных результатов и сформулированных выводов. Научная новизна диссертационной работы В диссертационной работе впервые с использованием предложенных оригинальных взаимодополняющих теоретических моделей и методов для исследования особенностей стационарного и нестационарн ого электронного транспорта через полупроводниковые наноструктуры с сильным межчастичным взаимодействием получены существенные новые результаты.

К наиболее оригинальным и значимым результатам работы относятся: 1. Создание теоретической модели для анализа пространственного распределения локальной плотности состояний вблизи примесных состояний и дефектов на поверхности полупроводников. 2.

Выявление зависимости показателя степени низкочастотной составляющей спектральной плотности туннельного тока от знака заряда примесного состояния и выявление механизма, ответственного за сингулярное поведение низкочастотной составляющей спектральной плотности туннельного тока. 3. Создание теоретического подхода для анализа особенностей электронного транспорта в сильно коррелированных наносгруктурах с несколькими уровнями энергии с точным учетом кулоновских корреляций локализованных электронов.

4. Теоретическое обоснование возможности создания нового типа электронных устройств — неадиабатического электронного насоса на основе системы связанных квантовых точек, взаимодействующих с резервуарами. 5. Выявление особенностей кинетики заряда в системе связанных квантовых точек с кулоновскими корреляциями и электрон-фононным взаимодействием. Обнаружение возможности захвата заряда и исследование различных режимов релаксации. б.

Разработка теоретического метода для описания нестационарного электронного транспорта в системе связанных квантовых точек с точным учетом кулоновских корреляций локализованных электронов. Практическая значимость диссертационной работы Практическая значимость диссертационной работы определяется поиском и реализацией подходов к исследованию электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах с межчастичными корреляциями. Благодаря проведенным в диссертационной работе исследованиям и полученным результатам стала возможна контролируемая локализация заряда в многоуровневых квантовых точках и примесных кластерах„что позволит создавать на их основе излучатели, детекторы и микросенсоры. Результаты исследования спектров туннельного тока примесных состояний являются основой для ш-зйи диагностики типов, зарядов и глубины залегания примесных состояний. Важным с практической точки зрения является предложенная модель неадиабатического электронного насоса, которая создает условия для осуществления одноэлектронного транспорта, что является одной из актуальных задач современной наноэлектроники.

В работе установлена взаимосвязь между геометрическими размерами и топологией систем квантовых точек с особенностями электронного транспорта через такие структуры. Детально исследованы переходные процессы в связанных квантовых точках с кулоновским и электрон-фононным взаимодействием. Полученные результагы позволят создавагь высокоскоростные зарядовые переключатели, конструировать зарядовые ловушки и усовершенствовать элементы динамической памяти.

Структура и основное содержание диссертационной работы Диссертационная работа состоит из введения, семи глав и выводов. Работа изложена на 337 страницах, содержит 97 рисунков и список литературы из 297 наименований. Во введении сформулированы цель и задачи диссертационной работы, актуальность, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, а также достоверность и личный вклад автора. В первой главе представлен обзор литературных данных по исследованиям особенностей электронного транспорта в полупроводниковых наноструктурах с кулоновскнми корреляциями и электрон-фононным взаимодействием, Перечислены наиболее актуальные нерешенные проблемы в области исследования полупроводниковых наноструктур с межчастичным взаимодействием. Во второй главе приведены результаты исследования пространственного распределения локальной плотности состояний вблизи примесных состояний и дефектов на поверхности полупроводников.

Продемонстрирована определяющая роль локализованных состояний в формировании особенностей туннельных характеристик в полупроводниковых наноструктурах, Предложена теоретическая модель, которая учитывает эффекты кулоновского взаимодействия и существование нескольких возможных каналов для туннелирования электронов. Исследовано изменение формы особенностей в локальных спектрах туннельного тока в зависимости от величины напряжения на туннельном контакте и от величины расстояния вдоль поверхности от примесного состояния или поверхностного дефекта.

Показано, что кулоновское взаимодействие локализованных электронов приводит к различному поведению спектров туннельного тока в случае мелкого и глубокого примесного состояния. В третьей главе выполнен подробный анализ особенностей, возникающих в спектральной плотности туннельного тока, при наличии в туннельном контакте примесных состояний. Предложена теоретическая модель, позволившая объяснить формирование низкочастотных сии1 улярных особенностей в спектральной плотности туннельного тока в случае резонансного туннелирования между берегами туннельного контакта через примесиое состояние. При нерезонансном туниелировании кулоновское взаимодействие приводит к появлению высокочастотных сингулярных особенностей в спектральной плотности туннельного тока.

Обнаружено, что знак заряда прим есного состояния непосредственно влияет на величину показателя степени низкочастотной составляющей спектральной плотности туннельного тока. В четвертой главе приведены результаты анализа электронных свойств полупроводниковых наноструктур с несколькими уровнями энергии при наличии сильного кулоновского взаимодействия. Предложен новый теоретический метод, основанный на получении замкнутой стационарной системы уравнений для электронных чисел заполнения уровней энергии. В этом методе впервые выполнен точный учет кулоновских корреляций локализованных электронов, что позволяет применять его к системам с конечной величиной кулоновского взаимодействия.