Luận án tiến sĩ vật lý: Khám phá trạng thái ngưng tụ exciton trong các hệ chuyển pha bán kim loại bán dẫn

• Tác giả: Đỗ Thị Hồng Hải
• Người hướng dẫn: Phan Văn Nhâm
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Nghiên cứu trạng thái ngưng tụ exciton trong hệ bán kim loại bán dẫn
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.2. BEC và các trạng thái ngưng tụ exciton
• 1.3. Những thành tựu nghiên cứu ngưng tụ exciton
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TRƯỜNG TRUNG BÌNH
• 2.1. Những khái niệm cơ bản
• 2.2. Gần đúng Hartree-Fock
• 2.3. Phá vỡ trật tự đối xứng
• 3. CHƯƠNG 3: EXCITON NGƯNG TỤ TRONG MÔ HÌNH HAI DẢI NĂNG LƯỢNG CÓ TƯƠNG TÁC ĐIỆN TỬ – PHONON
• 3.1. Mô hình điện tử hai dải năng lượng có tương tác điện tử – phonon
• 3.2. Áp dụng lý thuyết trường trung bình
• 3.3. Kết quả tính số và thảo luận
• 4. CHƯƠNG 4: EXCITON NGƯNG TỤ TRONG MÔ HÌNH FALICOV-KIMBALL MỞ RỘNG CÓ TƯƠNG TÁC ĐIỆN TỬ – PHONON
• 4.1. Mô hình Falicov-Kimball mở rộng có tương tác điện tử – phonon
• 4.2. Áp dụng lý thuyết trường trung bình
• 4.3. Kết quả tính số và thảo luận
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Ngưng tụ exciton và hệ bán kim loại bán dẫn

Ngưng tụ exciton là hiện tượng vật lý quan trọng trong các hệ bán kim loại và bán dẫn. Nghiên cứu này tập trung vào việc khám phá trạng thái ngưng tụ của exciton, một giả hạt được hình thành từ cặp điện tử và lỗ trống. Trong các hệ bán dẫn, exciton có thể tồn tại ở trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein (BEC) khi nhiệt độ đủ thấp. Hệ bán kim loại cũng được nghiên cứu do tính chất điện tử phức tạp của chúng, tạo điều kiện cho sự hình thành và ngưng tụ exciton.

1.1. Khái niệm về exciton

Exciton là giả hạt được tạo thành từ cặp điện tử và lỗ trống, liên kết bởi lực Coulomb. Trong các hệ bán dẫn, exciton có khối lượng hiệu dụng nhỏ, cho phép chúng tồn tại ở trạng thái ngưng tụ ở nhiệt độ phòng. Ngưng tụ exciton là quá trình mà các exciton tập hợp lại và hình thành một trạng thái lượng tử đồng nhất.

1.2. Hệ bán kim loại và bán dẫn

Hệ bán kim loại và bán dẫn là hai loại vật liệu chính được nghiên cứu trong luận án. Bán dẫn có khe năng lượng nhỏ, tạo điều kiện cho sự hình thành exciton. Bán kim loại có tính chất điện tử phức tạp hơn, với mật độ điện tử và lỗ trống cao, tạo điều kiện cho ngưng tụ exciton ở nhiệt độ thấp.

II. Lý thuyết trường trung bình và mô hình lý thuyết

Lý thuyết trường trung bình (MF) là công cụ quan trọng để nghiên cứu trạng thái ngưng tụ exciton. Phương pháp gần đúng Hartree-Fock (HFA) được sử dụng để mô tả tương tác điện tử và lỗ trống trong các hệ bán dẫn và bán kim loại. Mô hình lý thuyết được xây dựng để giải thích các hiện tượng vật lý liên quan đến ngưng tụ exciton.

2.1. Gần đúng Hartree Fock

Gần đúng Hartree-Fock là phương pháp cơ bản trong lý thuyết trường trung bình, được sử dụng để mô tả tương tác điện tử và lỗ trống. Phương pháp này giúp tính toán các tham số trật tự, mô tả trạng thái ngưng tụ exciton trong các hệ bán dẫn và bán kim loại.

2.2. Mô hình hai dải năng lượng

Mô hình hai dải năng lượng được sử dụng để nghiên cứu ngưng tụ exciton trong các hệ bán dẫn. Mô hình này mô tả tương tác điện tử và lỗ trống trong hai dải năng lượng khác nhau, tạo điều kiện cho sự hình thành và ngưng tụ exciton.

III. Tính chất quang học và điện của hệ ngưng tụ exciton

Tính chất quang học và tính chất điện của hệ ngưng tụ exciton được nghiên cứu để hiểu rõ hơn về bản chất vật lý của hiện tượng này. Tính chất quang học bao gồm sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng, trong khi tính chất điện liên quan đến độ dẫn điện và các hiệu ứng điện tử khác.

3.1. Tính chất quang học

Tính chất quang học của hệ ngưng tụ exciton được nghiên cứu thông qua các hiện tượng như quang phát xạ và hấp thụ ánh sáng. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự hình thành khe năng lượng xung quanh mức Fermi, chứng tỏ sự tồn tại của ngưng tụ exciton.

3.2. Tính chất điện

Tính chất điện của hệ ngưng tụ exciton được nghiên cứu thông qua độ dẫn điện và các hiệu ứng điện tử khác. Kết quả cho thấy sự thay đổi đáng kể trong tính chất điện khi hệ chuyển sang trạng thái ngưng tụ exciton.

IV. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu về ngưng tụ exciton trong các hệ bán kim loại và bán dẫn có giá trị khoa học cao và nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý trong vật liệu bán dẫn và mở ra hướng phát triển các thiết bị điện tử mới.

4.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu này đóng góp vào sự hiểu biết sâu sắc về ngưng tụ exciton và các hiện tượng vật lý liên quan trong các hệ bán dẫn và bán kim loại. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo.

4.2. Ứng dụng thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu về ngưng tụ exciton có thể được ứng dụng trong việc phát triển các thiết bị điện tử và quang học mới, chẳng hạn như các cảm biến quang học và thiết bị lưu trữ dữ liệu.