Диссертация (1097781), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Γk = 0, 01, Γp = 0, 01; á).,ä). Γk = 0, 05, Γp = 0, 01; â).,å). Γk = 0, 01, Γp = 0, 03.ïîðîâíó ìåæäó ýëåêòðîííûìè óðîâíÿìè n1 = n2 (ε1 < eV < ε2 + U12 ,ε1 + U12 < eV < ε2 + U22 è ε1 + U11 < eV ). Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ïðîèñõîäèò îáðàòèìûì îáðàçîì. Ýòîò ýôôåêò ìîæåòáûòü èñïîëüçîâàí äëÿ ñîçäàíèÿ çàðÿäîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé íà îñíîâå ìíîãîóðîâíåâûõ ïðèìåñíûõ àòîìîâ èëè êâàíòîâûõ òî÷åê.Íàèáîëåå èíòåðåñíûì ýôôåêòîì ÿâëÿþòñÿ ðåçêèå ñêà÷êè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ íà êàæäîì èç óðîâíåé ýíåðãèè ïðè îïðåäåëåííûõ çíà÷åíèÿõ íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå, âûçâàííûå êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè. Òàêèì îáðàçîì, åñëè ýëåêòðîííûå ñîñòîÿíèÿ îáëàäàþò ðàçëè÷íîé ñèììåòðèåé, ìîæíî ïîäáîðîì ãåîìåòðèè ñèñòåìû ìàíèïóëèðîâàòü çàðÿäîì âñèñòåìå, àêêóìóëèðóÿ åãî â ðàçëè÷íûõ ïðîñòðàíñòâåííûõ îáëàñòÿõ. Ñëåäîâàòåëüíî, ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ñ íåñêîëüêèìè óðîâíÿìè ýíåðãèè è êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì ìîæíî ôîðìèðîâàòü ðàçëè÷íûå çàðÿäîâûå êîíôèãóðàöèè äëÿ äàëüíåéøåãî èññëåäîâàíèÿ îñîáåííîñòåé ïðîöåññîâ ðåëàêñàöèè çàðÿäà.
Ñ òåõíîëîãè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ âîçìîæíîñòü àêêóìóëèðîâàòüçàðÿä â ðàçëè÷íûõ ïðîñòðàíñòâåííûõ îáëàñòÿõ äàåò ïðèíöèïèàëüíóþ âîçìîæíîñòü äëÿ ïðèìåíåíèÿ ñèñòåìû íàíîìåòðîâûõ ðàçìåðîâ ñ íåñêîëüêèìèóðîâíÿìè ýíåðãèè ïðè ñîçäàíèè ýëåìåíòîâ ïàìÿòè. ñëó÷àå, êîãäà îáà óðîâíÿ ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû íèæå óðîâíÿ Ôåð-бЧисла заполненияЧисла заполненияадгТуннельный токТуннельный токТуннельный токЧисла заполнения179веÐèñ.
4.4 . à).-â). Çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ã).-å). è òóííåëüíîãî òîêa îò íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå äëÿ äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìû äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà îäèí èç îäíîýëåêòðîííûõ óðîâíåé ýíåðãèè ðàñïîëîæåí âûøå óðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà, à äðóãîé- íèæå. Çíà÷åíèÿïàðàìåòðîâε1 = 0, 20, ε2 = −0, 30, U12 = 1, 00, U11 = 1, 40, U22 = 1, 70 îäèíàêîâû äëÿ âñåõΓk = 0, 01, Γp = 0, 01; á).,ä). Γk = 0, 05, Γp = 0, 01; â).,å). Γk = 0, 01, Γp = 0, 03.ãðàôèêîâ.
à).,ã).ìè, ñóùåñòâóþò îáëàñòè íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå, êîãäà âåðõíèé óðîâåíü ýíåðãèè ïîëíîñòüþ îïóñòîøàåòñÿ n1 = 0 (ε2 < eV < ε1 èε2 + U12 < eV < ε1 + U12 )(ðèñ. ). Îïèñàííûå çàêîíîìåðíîñòè âûïîëíÿþòñÿ äëÿ âñåõ ñîîòíîøåíèé ìåæäó ñêîðîñòÿìè òóííåëüíûõ ïåðåõîäîâ Γkè Γp .
Îäíàêî îíè âûðàæåíû íàèáîëåå ÿðêî â ñëó÷àå, êîãäà ñêîðîñòü ïðèõîäà ýëåêòðîíîâ â ëîêàëèçîâàííîå ñîñòîÿíèå ïðåâîñõîäèò ñêîðîñòü óõîäàèç ëîêàëèçîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ Γk > Γp . Îáíàðóæåííûé ýôôåêò ïîëíîãîîïóñòîøåíèÿ óðîâíåé ýíåðãèè ñ ïîñëåäóþùèì èõ çàïîëíåíèåì ìîæåò áûòüèñïîëüçîâàí äëÿ ñîçäàíèÿ îáðàòèìûõ çàðÿäîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé.Íàèáîëåå èíòåðåñíûì ýôôåêòîì ÿâëÿåòñÿ ôîðìèðîâàíèå èíâåðñíîéçàñåëåííîñòè â äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìå, âûçâàííîå êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ, äëÿ îïðåäåëåííûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå (ðèñ.
).  îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ðàçíîñòü â çàïîëíåíèè ýëåêòðîííûõ óðîâíåé îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíàìè ñêîðîñòåé òóííåëüíûõ ïåðåõîäîâ n1 −n2 ∼ γk1 γp2 −γp1 γk2 . Ïîýòîìó âîòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ â ñëó÷àå γk(p)1 = γk(p)2 (ðèñ. à)ðàçíîñòü â çàïîëíåíèè ýëåêòðîííûõ óðîâíåé â òî÷íîñòè ðàâíà íóëþ.Ýôôåêò ôîðìèðîâàíèÿ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè îáíàðóæåí äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà îäèí èç óðîâíåé ýíåðãèè ðàñïîëîæåí âûøå óðîâíÿ Ôåðìè, à4.34.44.41804.4äðóãîé - íèæå (ðèñ. ). Êîãäà âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå íå ïðåâîñõîäèò çíà÷åíèÿ ε1 + U12 , âåñü çàðÿä ëîêàëèçîâàí íà íèæíåìóðîâíå ýíåðãèè (n1 = 0). Ñ ðîñòîì âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ ïðîèñõîäèò ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè â ñèñòåìå è îáðàçóþòñÿîáëàñòè ñ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòüþ.
Ëîêàëüíûé çàðÿä â îñíîâíîì àêêóìóëèðóåòñÿ íà âåðõíåì óðîâíå, êîãäà âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ íàòóííåëüíîì êîíòàêòå ïðåâîñõîäèò çíà÷åíèå ε1 + U12 .Ýôôåêò îáðàçîâàíèÿ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè íàèáîëåå ÿðêî ïðîÿâëÿåòñÿ â ñëó÷àå, êîãäà íàèáîëüøåé èç âåëè÷èí ñâÿçè äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìû ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, ÿâëÿåòñÿ ñâÿçü ñ ñîñòîÿíèÿìèíåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îáðàçöà (ðèñ.
á). Èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü òàêæåíàáëþäàåòñÿ è äëÿ ñëó÷àÿ ñèììåòðè÷íîãî òóííåëüíîãî êîíòàêòà (ðèñ. à).Åñëè àìïëèòóäà òóííåëèðîâàíèÿ â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îñòðèÿçîíäà ïðåâîñõîäèò àìïëèòóäó òóííåëèðîâàíèÿ â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãîñïåêòðà îáðàçöà, òî èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü íå íàáëþäàåòñÿ (ðèñ.
â). Âýòîì ñëó÷àå, ñ ðîñòîì âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå àìïëèòóäà ÷èñåë çàïîëíåíèÿ âåðõíåãî óðîâíÿ âîçðàñòàåò, íî áîëüøàÿ ÷àñòüçàðÿäà ñèñòåìû ïðîäîëæàåò áûòü ëîêàëèçîâàííîé íà íèæíåì ýíåðãåòè÷åñêîì óðîâíå. Òàêèì îáðàçîì, ýôôåêò îáðàçîâàíèÿ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòèèìååò ñóùåñòâåííî íåðàâíîâåñíóþ ïðèðîäó. Ýôôåêò ôîðìèðîâàíèÿ íåðàâíîâåñíîé çàñåëåííîñòè ìîæåò áûòü ïðèìåíåí ïðè êîíñòðóèðîâàíèè èçëó÷àòåëåé íà îñíîâå êâàíòîâûõ òî÷åê.Çàâèñèìîñòè òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ ïîëîæåíèé óðîâíåé ýíåðãèè ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.
ã-å- ã-å. Àìïëèòóäû òóííåëüíîãî òîêà íîðìèðîâàíû íà âåëè÷èíó 2Γk . Äëÿ ëþáûõ çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ ñèñòåìû çàâèñèìîñòè òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ èìåþò âèäñòóïåíåé. Âûñîòà è øèðèíà ñòóïåíåé çàâèñÿò îò ïàðàìåòðîâ òóííåëüíîãî êîíòàêòà (àìïëèòóä òóííåëèðîâàíèÿ è âåëè÷èí êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ).  ñëó÷àå, êîãäà îáà óðîâíÿ ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû âûøå óðîâíÿÔåðìè â çàâèñèìîñòè òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ íàáëþäàåòñÿ øåñòüñòóïåíåé (ðèñ. ã-å). Åñëè îáà óðîâíÿ ðàñïîëîæåíû íèæå óðîâíÿ Ôåðìè,òî â çàâèñèìîñòè òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ íàáëþäàþòñÿ ÷åòûðåñòóïåíè (ðèñ. ã-å), à ñòóïåíü, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïîëîæåíèþ âåðõíåãî îäíîýëåêòðîííîãî óðîâíÿ íå ïðîÿâëÿåòñÿ.
Ïðè ýòîì â ñèñòåìå ïðîèñõîäèòïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà, âûçâàííîå êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.  ñëó÷àå, êîãäà òîëüêî îäèí èç óðîâíåé ýíåðãèè4.44.44.44.2 4.44.24.3181ðàñïîëîæåí íèæå óðîâíÿ Ôåðìè, â çàâèñèìîñòè òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ òàêæå íàáëþäàþòñÿ ÷åòûðå ñòóïåíè (ðèñ. ã-å).Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ñ ó÷åòîì ïàðíûõ êóëîíîâñêèõ êîððåëÿòîðîâ äåìîíñòðèðóþò, ÷òî ñâÿçàííûå â íàëè÷èåì ïàðíûõ êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèéïîïðàâêè ñêàçûâàþòñÿ íà òóííåëüíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ ñèñòåìû òîëüêî âîáëàñòè íàïðÿæåíèé, â êîòîðîé çíà÷èòåëüíóþ ðîëü íà÷èíàþò èãðàòü ñëàãàåìûå ïîðÿäêà εi + Uij .
Âïåðâûå ïîêàçàíî, ÷òî â ñèñòåìå ñ íåñêîëüêèìèóðîâíÿìè ýíåðãèè îáëàñòè ñ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòüþ ìîãóò âîçíèêàòü íå âðåçóëüòàòå ðàçíîñòè ìåæäó âåëè÷èíàìè ñêîðîñòåé òóííåëüíûõ ïåðåõîäîâ,à â ñâÿçè ñ íàëè÷èåì êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.Òàêèì îáðàçîì, ïðîäåìîíñòðèðîâàíà ñóùåñòâåííî íåðàâíîâåñíàÿ ïðèðîäàôîðìèðîâàíèÿ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè.
Îáíàðóæåíî, ÷òî âûçâàííîå êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ ïåðåðàñïðåäåëåíèåçàðÿäà â ñèñòåìå íå ïðîÿâëÿåòñÿ â ïîëíîì îáúåìå â çàâèñèìîñòÿõ òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ ïîëíîãî àíàëèçà îñîáåííîñòåé ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â ñèñòåìàõ ñ íåñêîëüêèìè óðîâíÿìè ýíåðãèèýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ íåîáõîäèìî äîïîëíÿòü òåîðåòè÷åñêèìèðàñ÷åòàìè, ïîçâîëÿþùèìè êîððåêòíî îïèñàòü ñèñòåìû ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ ñ êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè. ñëåäóþùåì ïàðàãðàôå ïîêàçàíî, ÷òî ïðåäëîæåííûé äëÿ èññëåäîâàíèè îñîáåííîñòåé ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà ïîäõîä äàåò âîçìîæíîñòü òî÷íîâû÷èñëèòü âñå êîððåëÿòîðû äëÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ â ñèñòåìàõíàíîìåòðîâûõ ðàçìåðîâ ñ íåñêîëüêèìè óðîâíÿìè ýíåðãèè äëÿ êîíå÷íîãîçíà÷åíèÿ âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ñðàâíèìîé ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè (òî åñòü ïðåäëîæåíî ðåàëèñòè÷åñêîå îïèñàíèåíàíîñèñòåì ñ ñèëüíûìè êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè).4.4 4.3.
Òóííåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìû âïðèáëèæåíèè, ó÷èòûâàþùåì ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ýëåêòðîííûõ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ è êîððåëÿöèîííûå ôóíêöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ âñåõ ïîðÿäêîâ íàñòîÿùåå âðåìÿ îäíîé èç íåðåøåííûõ ïðîáëåì â ôèçèêå ìèêðîè íàíîñòðóêòóð ÿâëÿåòñÿ èññëåäîâàíèå ñèñòåì, äëÿ êîòîðûõ âåëè÷èíà êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñðàâíèìà ñ ðàññòîÿíèåììåæäó îäíîýëåêòðîííûìè óðîâíÿìè ýíåðãèè. Ýòî óñëîâèå âûïîëíÿåòñÿ â182ñëó÷àå, åñëè ðàññòîÿíèå ìåæäó ïðèìåñíûìè àòîìàìè ñîïîñòàâèìî ïî âåëè÷èíå ñ ïîñòîÿííîé ðåøåòêè ïîäëîæêè.
Òîãäà îáðàçóåòñÿ ñèëüíî ñâÿçàííûéïðèìåñíûé êîìïëåêñ, äëÿ êîòîðîãî âåëè÷èíà ñâÿçè ìåæäó ïðèìåñÿìè çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäèò âåëè÷èíó ñâÿçè êàæäîãî èç ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà. Äðóãîé âîçìîæíîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé ðåàëèçàöèåé ÿâëÿåòñÿ êâàíòîâàÿ òî÷êà ñ íåñêîëüêèìè óðîâíÿìèýíåðãèè èëè íåñêîëüêî ñâÿçàííûõ îäíîóðîâíåâûõ êâàíòîâûõ òî÷åê, ñëàáîâçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ïîäëîæêè.Ñóùåñòâóþùèå ìåòîäû òåîðåòè÷åñêîãî àíàëèçà íåðàâíîâåñíûõ íàíîñòðóêòóð ñ ñèëüíûìè ýëåêòðîííûìè êîððåëÿöèÿìè (ìåòîä ôóíêöèîíàëüíîé ðåíîðì-ãðóïïû, êâàíòîâûå ìåòîäû Ìîíòå-Êàðëî, äèíàìè÷åñêîå ïðèáëèæåíèå ñðåäíåãî ïîëÿ è ò.ä.) íå ïîçâîëÿþò îïèñàòü íàáëþäàåìûå îñîáåííîñòè ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â ñëó÷àå, êîãäà âåëè÷èíà êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñîïîñòàâèìà ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó îäíîýëåêòðîííûìèóðîâíÿìè ýíåðãèè ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé èëè ñ øèðèíàìè óðîâíåé,îáóñëîâëåííûìè òóííåëüíîé ñâÿçüþ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà.Ñîîòâåòñòâåííî, âîçíèêàåò ïðîáëåìà ðàçâòèÿ âçàèìîñâÿçàííûõ òåîðåòè÷åñêèõ ïîäõîäîâ è ìåòîäîâ êîððåêòíîãî îïèñàíèÿ îñîáåííîñòåé íåñòàöèîíàðíîãî ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â íåðàâíîâåñíûõ íàíîñòðóêòóðàõ ñ ñèëüíûìè ýëåêòðîííûìè êîððåëÿöèÿìè áåç ââåäåíèÿ ìàëîãî ïàðàìåòðà ïî âåëè÷èíå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.
Òàêèå ñèñòåìû ìîæíî îïèñàòü ìîäåëüþíåñêîëüêèõ ýëåêòðîííûõ óðîâíåé ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè ýëåêòðîíàìè. Äëÿ êîððåêòíîãî îïèñàíèÿ íåîáõîäèìîó÷èòûâàòü êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè âî âñåõ ïîðÿäêàõ òåîðèè âîçìóùåíèéïî âåëè÷èíå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ [283].  äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìåýòî òðåáîâàíèå ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè âû÷èñëÿòü íå òîëüêî ïàðíûå, íîè òðîéíûå êîððåëÿòîðû ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ, êîòîðûå âõîäÿò êàêïàðàìåòðû â óðàâíåíèÿ (4.16) äëÿ ïàðíûõ êîððåëÿöèîííûõ ôóíêöèé.Òðîéíûå êîððåëÿòîðû ìîãóò áûòü âû÷èñëåíû ïî ïðàâèëó:∂njσ nj−σ ni−σ′∂njσ nj−σ∂n ′⟩ = ⟨ni−σ′ ⟩ + ⟨ i−σ njσ nj−σ ⟩(4.39)∂t∂t∂tÒîãäà âûðàæåíèå äëÿ òðîéíûõ êîððåëÿòîðîâ, çàïèñàííîå ÷åðåç ïàðíûå, èìååò âèä:⟨⟨njσ nj−σ ni−σ′ ⟩ = {Γkj · fk (εj + Ujj + 2Uij ) ·183· (⟨ni−σ njσ ⟩ + ⟨ni−σ nj−σ ⟩) + Γki · fk (εi + 2Uij ) · ⟨njσ nj−σ ⟩ ++ Γpj · fp (εj + Ujj + 2Uij ) · (⟨ni−σ njσ ⟩ + ⟨ni−σ nj−σ ⟩) ++ Γpi · fp (εi + 2Uij ) · ⟨njσ nj−σ ⟩} · {Γki · {3 + fk (εi + 2Uij ) −− fk (εi + Uii + 2Uij )} + Γpi · {3 + fp (εi + 2Uij ) −− fp (εi + Uii + 2Uij )}}−1(4.40)Áóäåì ðàññìàòðèâàòü ïàðàìàãíèòíûé ñëó÷àé: niσ = ni−σ , ⟨niσ njσ ⟩ =⟨niσ nj−σ ⟩ è ⟨niσ ni−σ njσ ⟩ = ⟨niσ ni−σ nj−σ ⟩.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
