I. Siêu mạng pha tạp và lý thuyết lượng tử về hiệu ứng radio điện
Chương này tập trung vào khái niệm siêu mạng pha tạp và lý thuyết lượng tử về hiệu ứng radio – điện trong siêu mạng pha tạp khi không xét đến sự giam cầm của phonon âm. Siêu mạng pha tạp là cấu trúc tuần hoàn nhân tạo gồm các lớp bán dẫn pha tạp khác nhau, tạo ra thế tuần hoàn bổ sung vào thế mạng tinh thể. Phổ năng lượng của điện tử trong siêu mạng pha tạp bị gián đoạn, dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong các tính chất vật lý so với bán dẫn khối.
1.1 Siêu mạng pha tạp
Siêu mạng pha tạp là loại vật liệu có cấu trúc tuần hoàn nhân tạo, gồm các lớp bán dẫn pha tạp khác nhau với độ dày cỡ nanomet. Thế tuần hoàn phụ do siêu mạng tạo ra ảnh hưởng đến chuyển động của điện tử, dẫn đến sự lượng tử hóa phổ năng lượng. Điều này làm thay đổi các tính chất vật lý như hàm phân bố hạt tải, mật độ trạng thái, và tương tác điện tử - phonon.
1.2 Hàm sóng và phổ năng lượng của điện tử giam cầm
Hàm sóng của điện tử trong siêu mạng pha tạp là tổ hợp của hàm sóng phẳng theo mặt phẳng (x, y) và hàm sóng theo phương trục siêu mạng. Phổ năng lượng của điện tử bị giam cầm trong siêu mạng pha tạp chỉ nhận các giá trị gián đoạn, khác biệt so với bán dẫn khối. Sự biến đổi này gây ra những khác biệt đáng kể trong các tính chất của điện tử.
1.3 Lý thuyết lượng tử về hiệu ứng radio điện
Lý thuyết lượng tử về hiệu ứng radio – điện trong siêu mạng pha tạp được xây dựng dựa trên Hamiltonian của hệ điện tử - phonon. Phương trình động lượng tử cho điện tử được thiết lập để nghiên cứu sự ảnh hưởng của trường ngoài lên chuyển động của điện tử. Biểu thức mật độ dòng toàn phần và cường độ điện trường được xác định, phản ánh sự phụ thuộc phức tạp vào tần số và biên độ của trường ngoài.
II. Phương trình động lượng tử cho điện tử và hiệu ứng radio điện
Chương này nghiên cứu phương trình động lượng tử cho điện tử và hiệu ứng radio – điện trong siêu mạng pha tạp khi có ảnh hưởng của phonon giam cầm với cơ chế tán xạ điện tử - phonon âm. Hamiltonian của hệ điện tử - phonon giam cầm được xây dựng, và phương trình động lượng tử cho hàm phân bố điện tử được thiết lập. Kết quả cho thấy sự ảnh hưởng đáng kể của phonon giam cầm lên hiệu ứng radio – điện.
2.1 Hamiltonian của hệ điện tử phonon giam cầm
Hamiltonian của hệ điện tử - phonon giam cầm trong siêu mạng pha tạp được xây dựng với sự xuất hiện của phonon âm. Hệ số tương tác điện tử - phonon âm được xác định, phản ánh sự ảnh hưởng của phonon giam cầm lên chuyển động của điện tử. Thừa số dạng điện tử trong siêu mạng pha tạp cũng được tính toán, cho thấy sự phức tạp trong tương tác điện tử - phonon.
2.2 Phương trình động lượng tử cho điện tử
Phương trình động lượng tử cho hàm phân bố điện tử được thiết lập dựa trên Hamiltonian của hệ điện tử - phonon giam cầm. Phương trình này phản ánh sự ảnh hưởng của phonon giam cầm lên chuyển động của điện tử trong siêu mạng pha tạp. Kết quả cho thấy sự phụ thuộc phức tạp của hàm phân bố điện tử vào tần số và biên độ của trường ngoài.
2.3 Hiệu ứng radio điện trong siêu mạng pha tạp
Hiệu ứng radio – điện trong siêu mạng pha tạp khi có ảnh hưởng của phonon giam cầm được nghiên cứu thông qua phương trình động lượng tử. Kết quả cho thấy sự khác biệt đáng kể so với trường hợp không xét đến sự giam cầm của phonon. Biểu thức cường độ điện trường được xác định, phản ánh sự phụ thuộc phức tạp vào các thông số của trường ngoài.
III. Tính toán số và vẽ đồ thị kết quả lý thuyết
Chương này trình bày kết quả tính toán số và vẽ đồ thị cho siêu mạng pha tạp n-GaAs/p-GaAs. Các chương trình khảo sát sự phụ thuộc của cường độ trường radio – điện vào tần số của sóng điện từ phân cực phẳng, tần số bức xạ laser, và biên độ bức xạ laser được thực hiện. Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt so với trường hợp không xét đến sự giam cầm của phonon âm.
3.1 Khảo sát sự phụ thuộc vào tần số sóng điện từ
Chương trình khảo sát sự phụ thuộc của cường độ trường radio – điện vào tần số của sóng điện từ phân cực phẳng được thực hiện. Kết quả cho thấy sự phụ thuộc phức tạp và không tuyến tính của cường độ trường vào tần số sóng điện từ, phản ánh ảnh hưởng của phonon giam cầm lên hiệu ứng radio – điện.
3.2 Khảo sát sự phụ thuộc vào tần số bức xạ laser
Chương trình khảo sát sự phụ thuộc của cường độ trường radio – điện vào tần số bức xạ laser được thực hiện. Kết quả cho thấy sự phụ thuộc mạnh mẽ của cường độ trường vào tần số bức xạ laser, phản ánh sự ảnh hưởng của phonon giam cầm lên chuyển động của điện tử trong siêu mạng pha tạp.
3.3 Khảo sát sự phụ thuộc vào biên độ bức xạ laser
Chương trình khảo sát sự phụ thuộc của cường độ trường radio – điện vào biên độ bức xạ laser được thực hiện. Kết quả cho thấy sự phụ thuộc không tuyến tính của cường độ trường vào biên độ bức xạ laser, phản ánh sự ảnh hưởng của phonon giam cầm lên hiệu ứng radio – điện trong siêu mạng pha tạp.
