Диссертация (1097781), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Àíàëèòè÷åñêè ïîëó÷åíàôîðìà ïèêîâ ïðîâîäèìîñòè, ñîîòâåòñòâóþùèõ êóëîíîâñêîé áëîêàäå, â çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå.Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîêàçàíî, ÷òî íà îñíîâå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ìîæíî ñîçäàâàòü ñòðóêòóðû êàê ñèëüíî ñâÿçàííûå ñ ñîñòîÿíèÿìèíåïðåðûâíîãî ñïåêòðà â áåðåãàõ òóííåëüíîãî êîíòàêòà, òàê è ñëàáî ñâÿçàííûå [218].Èñïîëüçîâàíèå îäèíî÷íûõ è ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ïðè ñîçäàíèè ñîâðåìåííûõ óñòðîéñòâ íàíîýëåêòðîíèêè òðåáóåò òùàòåëüíîãî àíàëèçà ñëåäóþùèõ ïðîáëåì, íåèçáåæíî âîçíèêàþùèõ â ñèñòåìàõ ñâåðõìàëûõðàçìåðîâ è íàïðÿìóþ âëèÿþùèõ íà îñîáåííîñòè ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà:íåðàâíîâåñíîå ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà, ïðîöåññû ðåëàêñàöèè çàðÿäà è íåðàâíîâåñíûå ýôôåêòû [229236]. ðàáîòå [229] ïðåäëîæåíà òåõíîëîãèÿ, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòüîäèíî÷íûå êâàíòîâûå òî÷êè íà îñíîâå êðåìíèÿ ñ èçìåíÿåìûìè ïàðàìåòðàìè òóííåëüíûõ áàðüåðîâ.
Àâòîðû èññëåäîâàëè îñîáåííîñòè íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â äâóõ ðàçíûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ â ðåæèìå áîëüøîãî (ïîðÿäêà 100) è ìàëîãî (ïîðÿäêà 10) ÷èñëà òóííåëèðóþùèõýëåêòðîíîâ. Âîçìîæíîñòü èçìåíÿòü âûñîòó è øèðèíó òóííåëüíûõ áàðüåðîâïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü èññëåäîâàíèÿ ôóíäàìåíòàëüíûõ ñâîéñòâ êðåìíèåâûõêâàíòîâûõ òî÷åê, òàêèõ êàê ýôôåêò Êîíäî, ñïèíîâîå è äîëèííîå âûðîæäåíèå.
Èçó÷åíèå êðåìíèåâûõ êâàíòîâûõ òî÷åê, ïðîâåäåííîå â ðàáîòå [229],ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ èç-çà áîëüøîãî âðåìåíè ýëåêòðîííî-ñïèíîâîé êîãåðåíòíîñòè, îáóñëîâëåííîé ìàëîé âåëè÷èíîé ñïèí-îðáèòàëüíîãî âçàèìîäåé-68ñòâèÿ â êðåìíèè.Àâòîðû [230] àíàëèçèðîâàëè çàðÿäîâûå ýôôåêòû â ñèñòåìå èç òðåõñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ñ ðàçëè÷íûìè åìêîñòÿìè è âåëè÷èíàìè òóííåëüíîé ñâÿçè ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîñòàòè÷åñêîé åìêîñòíîé ìîäåëè,ó÷èòûâàþùåé â ïåðâîì ïîðÿäêå ïðîöåññû òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ.Ïðåäëîæåííàÿ ìîäåëü ÿâëÿåòñÿ ïðîñòåéøèì ïðèáëèæåíèåì, îïèñûâàþùèì òðè ñâÿçàííûå êâàíòîâûå òî÷êè, êîòîðîå íå ó÷èòûâàåò ñïèíû ýëåêòðîíîâ è òóííåëüíóþ ñâÿçü êâàíòîâûõ òî÷åê ñ áåðåãàìè êîíòàêòà.Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ñèñòåìû äâóõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõòî÷åê íà äâóìåðíîì ïîëóìåòàëëå íà îñíîâå ãðàôåíà, â êîòîðîì ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîèñõîäèò îäíîýëåêòðîííûé òðàíñïîðò, ïðåäñòàâëåíî âðàáîòå [231].
 ïðåäëîæåííîé ïëàíàðíîé ãåîìåòðèè ìîæíî èçìåíÿòü êàêâåëè÷èíó òóííåëüíîé ñâÿçè ìåæäó êâàíòîâîé òî÷êîé è ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, òàê è âåëè÷èíó ñâÿçè ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè. Áûëè ïðîâåäåíû èçìåðåíèÿ ýíåðãèè è åìêîñòè èññëåäóåìîé ñèñòåìû. Ïîêàçàíî, ÷òîçàðÿäîâûå ñîñòîÿíèÿ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ìîæíî êîíòðîëèðîâàòüñ ïîìîùüþ ïëàíàðíûõ êîíòàêòîâ, îòíîñÿùèõñÿ ê êàæäîé òî÷êå â îòäåëüíîñòè. Ïðåäëîæåííàÿ ñèñòåìà íà îñíîâå ãðàôåíà ìîæåò èìåòü ïðèìåíåíèåäëÿ ñîçäàíèÿ ýëåìåíòîâ êâàíòîâîãî êîìïüþòåðà íà îñíîâå êâàíòîâûõ òî÷åê[233].Ýëåêòðîííûé òðàíñïîðò â êâàíòîâûõ òî÷êàõ îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîéêóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ, àìïëèòóäàìè òóííåëüíûõ ïåðåõîäîâ â ñèñòåìå è òîïîëîãèåé ñèñòåìû, îïðåäåëÿþùåé ïîëîæåíèå óðîâíåé ýíåðãèè.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèåâ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ÿâëÿåòñÿ ñëàáûì è èì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü [237].
Îäíàêî, äëÿ òî÷åê ìàëîãî ðàçìåðà êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå âñåãäà ÿâëÿåòñÿñèëüíûì [238]. Êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå ìîæåò îïðåäåëÿòü îñîáåííîñòè ñèñòåìû, çàâèñÿùèå îò âðåìåíè [239]. Àâòîðû [239] òåîðåòè÷åñêè èññëåäîâàëè íåëèíåéíûé çàâèñÿùèé îò âðåìåíè òðàíñïîðò ýëåêòðîíîâ ÷åðåçîäèíî÷íóþ êâàíòîâóþ òî÷êó, íàõîäÿùóþñÿ ìåæäó áåðåãàìè òóííåëüíîãîêîíòàêòà, â ðåæèìå îäíîýëåêòðîííîãî òóííåëèðîâàíèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî â ñèñòåìå çà ñ÷åò ýëåêòðîí-ýëåêòðîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðè àäèàáàòè÷åñêîéìîäóëÿöèè íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå ãåíåðèðóåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé ïîñòîÿííûé àäèàáàòè÷åñêèé òóííåëüíûé òîê.
Òîê âîçíèêàåò òîëüêî åñëè îäíîâðåìåííî âûïîëíåíû óñëîâèÿ äëÿ ñóùåñòâîâàíèÿ äâóõ ðåçîíàíñíûõ îäíîýëåêòðîííûõ êàíàëîâ òóííåëèðîâàíèÿ.  îòñóòñòâèè âçàèìîäåéñòâèÿ àäèà-69áàòè÷åñêèé òóííåëüíûé òîê â òî÷íîñòè ðàâåí íóëþ äëÿ ëþáûõ çíà÷åíèéíàïðÿæåíèé è ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ñèñòåìå. Ïðîáëåìà âðåìåííîé ýâîëþöèè(ðåëàêñàöèè) çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ññîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèéëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ, ÿâëÿåòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ âàæíîé è äî ñèõïîð íåðåøåííîé.Êîãåðåíòíàÿ âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ çàðÿäà â ïîëóïðîâîäíèêîâîé äâîéíîé êâàíòîâîé òî÷êå ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ áûëà ýêñïåðèìåíòàëüíî èçó÷åíà â ðàáîòå [240]. Àâòîðû èçìåíÿëè ñîñòîÿíèå ëîêàëèçîâàííîãî çàðÿäà ñ ïîìîùüþ ñâåðõáûñòðûõ èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ èíàáëþäàëè îñöèëëÿöèè òóííåëèðóþùèõ ýëåêòðîíîâ.
Âðåìåííóþ çàâèñèìîñòü ÷èñåë çàïîëíåíèÿ óäàëîñü àïïðîêñèìèðîâàòü âûðàæåíèåì, ñîäåðæàùèì äâà ñëàãàåìûõ. Ïåðâîå ñëàãàåìîå ñîîòâåòñòâóåò ýêñïîíåíöèàëüíîé ðåëàêñàöèè çàðÿäà ñ îñöèëëÿöèÿìè. Âòîðîå ñëàãàåìîå îïèñûâàåò ëèíåéíóþðåëàêñàöèþ çàðÿäà.Òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç âðåìåííîé ýâîëþöèè çàðÿäà, ëîêàëèçîâàííîãîâ îäèíî÷íîé êâàíòîâîé òî÷êå è ñâÿçàííûõ òî÷êàõ â îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, áûë ïðîâåäåí â ðàáîòàõ [241243]. Ïîëó÷åíî âûðàæåíèåäëÿ êîíñòàíòû ðåëàêñàöèè, ñïðàâåäëèâîå êàê äëÿ óðîâíåé ñ áîëüøîé, òàêè äëÿ óðîâíåé ñ ìàëîé ýíåðãèåé.
Áûë ñäåëàí âûâîä î òîì, ÷òî ñêîðîñòüðåëàêñàöèè çàðÿäà çàâèñèò îò íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìû è îò ñïîñîáà ïðèãîòîâëåíèÿ çàðÿäîâîãî ñîñòîÿíèÿ.  ðåçóëüòàòå áûëî ïîêàçàíî, ÷òîïðè êîíòðîëå çà ôîðìîé äâóõ-ÿìíîãî ïîòåíöèàëà ìîæíî íàáëþäàòü ðåçîíàíñíîå ðàññåÿíèå íà äâóõ áëèçêî ëåæàùèõ óðîâíÿõ. Íàèáîëåå èíòåðåñíûåðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû â ñëó÷àå ðåçîíàíñíîãî òóííåëèðîâàíèÿ ìåæäó êâàíòîâûìè ÿìàìè.
 ýòîì ñëó÷àå âðåìåííàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðàñïàäà íà÷àëüíîãî çàðÿäîâîãî ñîñòîÿíèÿ îêàçûâàåòñÿ áîëåå ñëîæíîé, ÷åì ïðîñòî ñóììàäâóõ ýêñïîíåíò, ÷òî ñâÿçàíî ñ âîçíèêíîâåíèåì êâàíòîâîé èíòåðôåðåíöèè. ðàáîòàõ [241243] áûëè îáíàðóæåíû òîëüêî äâà âðåìåííûõ ìàñøòàáà.Òðåòèé âðåìåííîé ìàñøòàá íå áûë îáíàðóæåí, òàê êàê àâòîð íå ó÷èòûâàëýôôåêòû ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ìåæäó êâàíòîâûìè ÿìàìè. ðàáîòå [244] âûïîëíåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èçìåðåíèÿ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ëîêàëèçîâàííîãî çàðÿäà â êâàíòîâîé ÿìå, âçàèìîäåéñòâóþùåé ñäâóìÿ áåðåãàìè òóííåëüíîãî êîíòàêòà. Íà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå ñîçäàâàëîñüñ ïîìîùüþ ïèêîñåêóíäíîãî ëàçåðíîãî èìïóëüñà.
Àâòîðû óñòàíîâèëè òðèîñíîâíûõ ìåõàíèçìà, ïîçâîëÿþùèå çàðÿäó ðåëàêñèðîâàòü â ðàâíîâåñíîå70ñîñòîÿíèå: èçëó÷àòåëüíûé ïðîöåññ ðåêîìáèíàöèè, áåçûçëó÷àòåëüíûé ïðîöåññ ðåêîìáèíàöèè íà ñòðóêòóðíûõ äåôåêòàõ, à òàêæå ïåðåðàñïðåäåëåíèåçàðÿäà. Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî óâåëè÷åíèå òîëùèíû áàðüåðà ïðèâîäèò êóìåíüøåíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ëîêàëèçîâàííîé çàðÿäîâîé ïëîòíîñòè.Àâòîðû [245] òåîðåòè÷åñêè èññëåäîâàëè îñîáåííîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà â îäèíî÷íîé îäíîóðîâíåâîé êâàíòîâîé òî÷êå, âçàèìîäåéñòâóþùåé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé.Áûëè îáíàðóæåíû òðè âðåìåííûõ ìàñøòàáà, îïèñûâàþùèõ ðåëàêñàöèþëîêàëèçîâàííîãî çàðÿäîâîãî ñîñòîÿíèÿ. Ñèñòåìà âûâîäèëàñü èç ñîñòîÿíèÿðàâíîâåñèÿ ïðèëîæåíèåì ñòóïåí÷àòîãî ïîòåíöèàëà. Áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ðåëàêñàöèÿ ñèñòåìû îïðåäåëÿåòñÿ äâóìÿ ìàñøòàáàìè, ñîîòâåòñòâóþùèìè ðåëàêñàöèè çàðÿäà è ñïèíà, è òðåòüèì ìàñøòàáîì, êîòîðûé íå çàâèñèò îòïîëîæåíèÿ óðîâíÿ ýíåðãèè è îò âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.Äàëüíåéøèé ïðîãðåññ â ñîâðåìåííîé ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêå áóäåòçàâèñåòü îò ïîíèìàíèÿ âíóòðåííèõ ìåõàíèçìîâ îáðàòèìîãî ïåðåêëþ÷åíèÿñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê è îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóë ìåæäó ñîñòîÿíèÿìè,ñîîòâåòñòâóþùèì âûñîêèì è íèçêèì çíà÷åíèÿì òóííåëüíîãî òîêà.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ýòîò âîïðîñ îñòàåòñÿ íåðåøåííûì. Êðîìå òîãî, íà ñîâðåìåííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêè ýôôåêò ïåðåêëþ÷åíèÿñèñòåì ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ ìåæäó óñòîé÷èâûìè ñîñòîÿíèÿìè íå ÿâëÿåòñÿïîëíîñòüþ êîíòðîëèðóåìûì. Ïîýòîìó âàæíûì ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ îá èññëåäîâàíèè áèñòàáèëüíîñòåé è áèôóðêàöèé â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ. Âêà÷åñòâå ìåòîäîâ êîíòðîëÿ ñâåðõáûñòðûõ ïåðåêëþ÷åíèé ìîæíî èñïîëüçîâàòü òàêèå ïàðàìåòðû ñèñòåìû êàê èçìåíåíèå ïîëîæåíèÿ óðîâíåé ýíåðãèè,çíà÷åíèé òóííåëüíîé ñâÿçè èëè âàðüèðîâàíèå âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.ßâëåíèå áèñòàáèëüíîñòè, êîòîðîå ïðîÿâëÿåòñÿ íà âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ ïðè ïðîòåêàíèè òóííåëüíîãî òîêà ÷åðåç ñâÿçàííûå êâàíòîâûå òî÷êè, øèðîêî èññëåäóåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî è òåîðåòè÷åñêè â ñâÿçè ñ âîçìîæíîñòüþ èñïîëüçîâàíèÿ ïðè ñîçäàíèè ñâåðõáûñòðûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé, ïðèìåíÿåìûõ â îñöèëëÿòîðàõ è óñèëèòåëÿõ [175, 246248].
Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïðîäåìîíñòðèðîâàíî, ÷òî ïåðåêëþ÷åíèå ñèñòåìû ìåæäóíåñêîëüêèìè ñîñòîÿíèÿìè îïðåäåëÿåòñÿ âûáîðîì êîíòàêòîâ è ìàòåðèàëàïîäëîæêè è ìîæåò íàáëþäàòüñÿ äàæå â ñëó÷àå ñàìûõ ïðîñòûõ ìîëåêóë,àäñîðáèðîâàííûõ íà ïîâåðõíîñòè [214, 215].  êà÷åñòâå ïðè÷èíû, êîòîðàÿâûçûâàåò ïåðåõîä ñèñòåìû ìåæäó äâóìÿ ñòàáèëüíûìè ñîñòîÿíèÿìè, ÷à-71ñòî ðàññìàòðèâàþò êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.Ðîëü êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé â ôîðìèðîâàíèè áèñòàáèëüíîñòè â ñèñòåìåñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäîâàíà â ðàáîòå [222].Îáíàðóæåíî, ÷òî äâóõáàðüåðíûå ñòðóêòóðû, â êîòîðûõ âîçìîæíî ðåçîíàíñíîå òóííåëèðîâàíèå, ïðîÿâëÿþò âíóòðåííþþ áèñòàáèëüíîñòü íà âîëüòàìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ èç-çà íåëèíåéíîñòè, ñâÿçàííîé ñ êóëîíîâñêèìèêîððåëÿöèÿìè.
Âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè îò÷åòëèâî äåìîíñòðèðóþòäâå âåòâè, ñîîòâåòñòâóþùèå áîëüøåìó è ìåíüøåìó çíà÷åíèÿì òóííåëüíîãîòîêà ïðè îäíîì è òîì æå çíà÷åíèè íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå.Äëÿ òåîðåòè÷åñêîãî èññëåäîâàíèÿ áèñòàáèëüíîãî ïîâåäåíèÿ â òóííåëüíûõ íàíîñòðóêòóðàõ îáû÷íî ïðèìåíÿþò ìåòîä ïñåâäî÷àñòè÷íûõ îïåðàòîðîâ [175], äèôôóçèîííîå ïðèáëèæåíèå [247] èëè ìîäåëü Õàááàðäà ñîòðèöàòåëüíûìè çíà÷åíèÿìè âåëè÷èí êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ [246].Ïëàíàðíûìè êâàíòîâûìè òî÷êàìè ìîæíî óïðàâëÿòü, èçìåíÿÿ íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå [217]. Ýòà îñîáåííîñòü äàåò âîçìîæíîñòü ëîêàëèçîâàòüýëåêòðîí [249] èëè ýêñèòîí [250] â ñèñòåìå èç íåñêîëüêèõ ñâÿçàííûõêâàíòîâûõ òî÷åê è ìàíèïóëèðîâàòü çàðÿäîâûìè ñîñòîÿíèÿìè. Òàêàÿ îñîáåííîñòü ïëàíàðíûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ïîçâîëÿåò ñ÷èòàòü èõ èäåàëüíûìèîáúåêòàìè äëÿ ñîçäàíèÿ ýôôåêòèâíûõ çàðÿäîâûõ ëîâóøåê.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
