Кинетические свойства размерно-квантованных систем в электрическом и магнитном полях

На правах рукописиХамидуллин Рустам АнгамовичКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗМЕРНО-КВАНТОВАННЫХСИСТЕМ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХСпециальность: 01.04.10 – Физика полупроводниковАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукПодписано в печать 30.10.06Тираж 100 экз. Заказ №120.Отпечатано в отделе оперативной печатифизического факультета МГУ.Москва - 2006Работа выполнена в Приднестровском государственном университетеим.

Т.Г. Шевченко (г. Тирасполь)10.Научный руководитель:доктор физико-математическихнаук, профессорСинявский Элерланж Петрович11.Официальные оппоненты: доктор физико-математическихнаук, профессорДмитриев Алексей Владимирович12.доктор физико-математическихнаук,Белогорохов Александр Иванович13.Ведущая организация: Физический институт им.

П.Н. Лебедева РАН.Защита состоится 7 декабря 2006 г. в 16 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.70 в Московском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2,г.Москва, ул. Ленинские горы, 1, МГУ им. М.В. Ломоносова,физический факультет, ауд.

2-05а криогенного корпуса.14.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ им. М.В. Ломоносова.15.Автореферат разослан «31» октября 2006 г.Отзывы на автореферат просим высылать по адресу: 119992, ГСП-2,г.Москва, ул. Ленинские горы, 1, МГУ им. М.В.

Ломоносова,физический факультет, диссертационный совет Д 501.001.70.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70МГУ им. М.В. Ломоносова,доктор физико-математических наук,профессорГ.С. Плотников«Опто- наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы»,Ульяновск-Туапсе, 2004, с. 44.E.P. Sineavsky, R.A. Khamidullin, T.Huber, A.A. Nikolaeva, L.A.Konopko.

Conductivity in quantum wires in a homogeneousmagnetic field.// Rev. Adv. Matter. Sci., 2004, 8, pp. 170-175.Синявский Э.П., Хамидуллин Р.А. Многофононное поглощениесвета в размерно-квантованных системах в однородныхэлектрическом и магнитном полях.// ФТТ, 2005, 47, № 10, сc.1881-1885.Синявский Э.П., Соковнич С.М., Хамидуллин Р.А. Межзонноепоглощение света в размерно-ограниченных системах воднородном электрическом поле.// ФТП, 2005, 39, № 11, сс.1359-1364.Хамидуллин Р.А. Электропроводность квантовых проволок вмагнитном поле.// Материалы IV междунар. научно-практ.конф.

«Математическое моделирование в образовании, науке ипроизводстве», Тирасполь, 2005, с. 61.ХамидуллинР.А.Межзонноепоглощениесветавполупроводниковых системах в однородном электрическомполе.// Сборник тезисов. Междунар. конф. студентов,аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам«Ломоносов–2006». Секция «Физика». Москва, Физическийфакультет МГУ, 12-15 апреля 2006 г., Т. 2, с. 174.Синявский Э.П., Хамидуллин Р.А.

Электропроводность вквантовых проволоках в однородном магнитном поле.// ФТП,2006, 40, № 11, сс. 1368-1373.ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.2.3.4.5.6.7.8.9.Синявский Э.П., Хамидуллин Р.А. Электропроводностьпараболической квантовой ямы в магнитном поле.// МатериалыIIмеждунар.научно-практ.конф.«Математическоемоделирование в образовании, науке и производстве»,Тирасполь, 2001, с. 86.СинявскийЭ.П.,ХамидуллинР.А.Особенностиэлектропроводности параболической квантовой ямы вмагнитном поле.// ФТП, 2002, 36, № 8, сс. 989-992.Синявский Э.П., Соковнич С.М., Хамидуллин Р.А. Межзонноепоглощение света в полупроводниковых системах вэлектрическом поле.// Труды V междунар. конф.

«Оптика,оптоэлектроника и технологии», Ульяновск, 2003, с. 37.Синявский Э.П., Хамидуллин Р.А. Многофононное поглощениесвета в наноструктурах в постоянном электрическом поле.//Труды V междунар. конф. «Оптика, оптоэлектроника итехнологии», Ульяновск, 2003, с. 39.Синявский Э.П., Хамидуллин Р.А. Электропоглощение света вразмерно-квантованных системах с учетом многих фононов.//Материалы III междунар. научно-практ.

конф. «Математическоемоделирование в образовании, науке и производстве»Тирасполь, 2003, с.93.Синявский Э.П., Соковнич С.М., Хамидуллин Р.А. Межзонноепоглощение света в полупроводниках в однородномэлектрическом поле.// Вестник Приднестровского ун-та, 2004,№1, сс. 37-41.Синявский Э.П., Хамидуллин Р.А. Теория циклотронногорезонанса в размерно-квантованных системах.// ВестникПриднестровского ун-та, 2004, № 1, сс. 41-43.Elerlanj P. Sinyavsky, R.A.

Hamidullin (Khamidullin), Albina A.Nikolaeva, Huber T., Leonid A. Konopko. Conductivity in quantumwires in a homogeneous magnetic field.// Proc. of Int. Conf.European Material Research Society (E-MRS 2004) – Poland;Warsaw; 2004, p. 278. (Тез. докл. на конференции).Э.П. Синявский, Л.А. Конопко, А.А. Николаева, Р.А.Хамидуллин.Электропроводностьразмерно-квантованнойпроволоки в магнитном поле.// Труды VI междунар.

конф.14ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Среди достижений современной науки итехники особое место занимают искусственно созданныеполупроводниковыеструктуры,обладающиеуникальнымифизическими свойствами, обусловленными проявлением квантовыхэффектов. Одним из наиболее интенсивно изучаемых является эффектразмерного квантования, который возникает вследствие действияограничений, накладываемых на движение частиц, когда характерныйразмер системы соизмерим по величине с длиной волны де Бройлячастицы.Существует большое число видов низкоразмерных систем:квантовые ямы (КЯ), сверхрешетки (СР), квантовые проволоки (КП),квантовые доты и т.д. Технологические достижения последнеговремени, например, использование метода молекулярно-лучевойэпитаксии с применением компьютерного контроля за затворамимолекулярных пучков, позволяют получать размерно-ограниченныеполупроводниковые системы практически с любым профилемпотенциала.

Так системы с параболическим потенциалом интереснытем, что эффекты размерного квантования в них проявляются вдостаточно широких КЯ (с шириной более 1000 Å), и даже притемпературе Т~100 К квантованность энергетического спектра заметносказывается на свойствах систем. Квадратичная зависимостьпотенциала удобна для теоретических расчетов, так как многиехарактеристики систем удается получить в аналитическом виде, чтоделает более удобным анализ рассматриваемых физических явлений.Внешние электрическое и магнитное поля способныпринципиально менять энергетический спектр носителей заряда,(например, в КЯ в перпендикулярном поверхности магнитном полеспектрэнергийстановитсяполностьюквантованным(квазинульмерным)). При этом могут сильно меняться оптические икинетические свойства размерно-квантованных систем, проявляютсяновые интересные физические эффекты.

В то же время, исследованиеоптических свойств и явлений переноса во внешних полях даетчрезвычайно важную информацию о низкоразмерных системах,которую подчас трудно, либо невозможно определить другимиспособами. Например, ширину запрещенной зоны, шаг размерногоквантования, эффективную массу определяют из оптических3исследований, концентрацию носителей - из эффектов Холла иШубникова-де Газа, энергию оптических фононов – измагнитофононного резонанса, и т.д. Таким образом электрическое имагнитное поля позволяют эффективно управлять оптическими икинетическими свойствами размерно-квантованных систем, что делаетих весьма перспективными при создании новых оптоэлектронныхприборов.Поэтому исследование кинетических свойств размерноограниченных систем во внешних электрическом и магнитном поляхявляется актуальной задачей.3.4.Целью диссертационной работы является теоретическоеисследование влияния электрического и магнитного полей напоглощение света и электропроводность в размерно-ограниченныхсистемах.1.2.Научная новизна:Показано, что однородное продольное электрическое поле E вКЯ, помещенной в квантующее перпендикулярное поверхностисистемы магнитное поле, существенно влияет на межзонноепоглощение света при определяющей роли многофононныхпроцессов.

С ростом E максимум поглощения сдвигается вдлинноволновую область и уменьшается. При учетевзаимодействияносителейсоптическимифононамиэлектрическое поле определяет величину и частотнуюзависимость бесфононной линии и колебательных спутников.Для широкого класса полупроводниковых систем полученопростое соотношение, определяющее коэффициент межзонногопоглощения света K(Ω) в однородном электрическом поле, черезвыражение для коэффициента межзонного поглощения света вотсутствие электрического поля.

В частности развитый методприменен к исследованию электропоглощения в квантовых ямахи срерхрешетках. Так, для параболической КЯ в продольноммагнитном поле и в сверхрешетке, продольное электрическоеполе приводит к возникновению поглощения света вдлинноволновойобластиспектраиосцилляционнойзависимости K(Ω) в коротковолновой области спектра.45.Предложен новый простой метод, позволяющий вычислитькоэффициент межзонного поглощения света для широкогокласса полупроводниковых систем в электрическом поле, знаялишь волновые функции и собственные значения энергииносителей в отсутствие электрического поля. Методапробирован для ряда известных случаев объемногополупроводника во внешних электрическом и магнитном полях.Также получены новые результаты для электропоглощения впараболической КЯ в продольном магнитном поле и СР.Из формулы Кубо с использованием кумулянтного усредненияпо фононной подсистеме рассчитана электропроводность КЯ впродольном магнитном поле.