Nghiên cứu ảnh hưởng của các dạng thế giam cầm điện tử lên hiệu ứng Ettingshausen trong dây lượng tử

• Tác giả: Trần Hải Hưng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Vũ Nhân
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Thế Giam Cầm Điện Tử Đến Hiệu Ứng Ettingshausen Trong Dây Lượng Tử
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý thuyết lượng tử về hiệu ứng Ettingshausen trong bán dẫn khối và tổng quan về hệ một chiều
• 1.2. Hiệu ứng Ettingshausen trong bán dẫn khối
• 1.3. Phương trình động lượng tử cho điện tử trong bán dẫn khối
• 1.4. Biểu thức hiệu ứng Ettingshausen trong bán dẫn khối
• 1.5. Các hàm sóng và phổ năng lượng của điện tử trong các dây lượng tử
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ VỀ HIỆU ỨNG ETTINGSHAUSEN TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH CHỮ NHẬT VỚI HỐ THẾ CAO VÔ HẠN KHI CÓ MẶT SÓNG ĐIỆN TỪ
• 2.1. Phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình chữ nhật hố thế cao vô hạn
• 2.2. Hệ số Ettingshausen trong dây lượng tử hình chữ nhật hố thế cao vô hạn
• 2.3. Trường hợp tương tác điện tử - phonon quang và điện tử - phonon âm
• 2.4. Kết quả tính số và thảo luận
• 3. CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ VỀ HIỆU ỨNG ETTINGSHAUSEN TRONG DÂY LƯỢNG TỬ HÌNH TRỤ VỚI HỐ THẾ CAO VÔ HẠN KHI CÓ MẶT SÓNG ĐIỆN TỪ
• 3.1. Phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn
• 3.2. Biểu thức hệ số Ettingshausen trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn
• 3.3. Trường hợp tương tác điện tử - phonon quang và điện tử - phonon âm
• 3.4. Kết quả tính số và thảo luận
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về thế giam cầm điện tử và hiệu ứng Ettingshausen

Thế giam cầm điện tử là một khái niệm quan trọng trong vật lý lượng tử, đặc biệt trong nghiên cứu các hệ vật liệu nano. Hiệu ứng Ettingshausen, một hiện tượng nhiệt-điện, xảy ra khi có sự tương tác giữa dòng điện và từ trường, dẫn đến sự xuất hiện của gradient nhiệt độ. Trong dây lượng tử, sự giam cầm điện tử làm thay đổi các tính chất vật lý, từ đó ảnh hưởng đến hiệu ứng Ettingshausen. Nghiên cứu này nhằm làm rõ mối liên hệ giữa thế giam cầm điện tử và hiệu ứng Ettingshausen trong các dây lượng tử, từ đó mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực điện tử nano.

1.1. Tính chất của dây lượng tử

Dây lượng tử là cấu trúc một chiều, nơi mà chuyển động của điện tử bị giới hạn trong một không gian hẹp. Các tính chất vật lý của dây lượng tử khác biệt rõ rệt so với các vật liệu ba chiều. Sự giam cầm điện tử trong dây lượng tử dẫn đến sự thay đổi trong phổ năng lượng và hàm sóng, tạo ra các hiệu ứng kích thước. Các nghiên cứu cho thấy rằng tính chất điện tử trong dây lượng tử có thể được điều chỉnh thông qua các tham số như kích thước và hình dạng của dây. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các linh kiện điện tử mới, như điốt huỳnh quang và pin mặt trời.

II. Phương pháp nghiên cứu và mô hình lý thuyết

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phương trình động lượng tử để khảo sát ảnh hưởng của thế giam cầm điện tử lên hiệu ứng Ettingshausen. Mô hình lý thuyết được xây dựng dựa trên Hamiltonian của hệ điện tử-phonon, trong đó có sự tác động của sóng điện từ. Phương trình động lượng tử cho hàm phân bố điện tử được thiết lập, từ đó tính toán mật độ dòng và hệ số Ettingshausen. Kết quả thu được sẽ được so sánh với các nghiên cứu trước đây trong bán dẫn khối, nhằm làm rõ sự khác biệt trong các hệ thấp chiều. Việc áp dụng phương pháp này giúp hiểu rõ hơn về các cơ chế tương tác trong dây lượng tử.

2.1. Thiết lập phương trình động lượng tử

Phương trình động lượng tử được thiết lập từ Hamiltonian của hệ điện tử-phonon, với sự giả định rằng số phonon không thay đổi theo thời gian. Điều này cho phép tính toán mật độ dòng điện và ten-xơ độ dẫn. Các kết quả tính toán cho thấy rằng hiệu ứng Ettingshausen trong dây lượng tử có sự phụ thuộc mạnh mẽ vào các tham số như nhiệt độ và tần số sóng điện từ. Sự tương tác giữa điện tử và phonon cũng được xem xét, với hai cơ chế tán xạ chính là tán xạ điện tử-phonon quang và tán xạ điện tử-phonon âm.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hiệu ứng Ettingshausen trong dây lượng tử hình chữ nhật và hình trụ có sự khác biệt rõ rệt. Các biểu thức cho hệ số Ettingshausen được tính toán và so sánh với các kết quả trong bán dẫn khối. Sự phụ thuộc của hệ số Ettingshausen vào các tham số như nhiệt độ, tần số sóng điện từ và từ trường được phân tích chi tiết. Những phát hiện này không chỉ làm rõ cơ chế hoạt động của hiệu ứng Ettingshausen trong dây lượng tử mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các thiết bị điện tử nano. Việc hiểu rõ hơn về tính chất vật liệu trong dây lượng tử có thể giúp cải thiện hiệu suất của các linh kiện điện tử trong tương lai.

3.1. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc phát triển công nghệ chế tạo vật liệu nano. Sự phụ thuộc của hệ số Ettingshausen vào các tham số đặc trưng cho cấu trúc dây lượng tử có thể được sử dụng làm tiêu chuẩn trong việc hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu. Các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử siêu nhỏ, thông minh và đa năng đang ngày càng trở nên phổ biến. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn có thể dẫn đến sự phát triển của các thiết bị y tế, cảm biến và các linh kiện điện tử mới, từ đó nâng cao hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau.