Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu một số hiệu ứng động trong các hệ bán dẫn thấp chiều

• Tác giả: Đỗ Mạnh Hùng
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Quang Báu
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán
• Đề tài: Một số hiệu ứng động trong các hệ bán dẫn thấp chiều
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁN DẪN THẤP CHIỀU VÀ HIỆU ỨNG ĐỘNG TRONG BÁN DẪN KHỐI
• 1.1. Hệ thấp chiều
• 1.2. Hệ hai chiều
• 1.3. Hệ một chiều
• 1.4. Hệ không chiều
• 1.5. Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh trong bán dẫn khối
• 1.6. Sự hấp thụ sóng điện từ trong bán dẫn khối
• 1.7. Phương trình động lượng tử cho điện tử trong bán dẫn khối
• 1.8. Biểu thức hệ số hấp thụ sóng điện từ trong bán dẫn khối
• 1.9. Cộng hưởng tham số và biến đổi tham số giữa phonon âm và phonon quang trong bán dẫn khối
• 1.10. Hệ phương trình động lượng tử cho phonon âm và phonon quang trong bán dẫn khối
• 1.11. Biểu thức giải tích của biên độ trường ngưỡng
• 1.12. Hệ số biến đổi tham số giữa phonon âm và phonon quang trong bán dẫn khối
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ SỐ HẤP THỤ PHI TUYẾN SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG HỢP PHẦN
• 2.1. Hamiltonian của hệ điện tử-phonon trong siêu mạng hợp phần
• 2.2. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 2.3. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 2.4. Phương trình động lượng tử cho điện tử trong siêu mạng hợp phần
• 2.5. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 2.6. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 2.7. Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng hợp phần
• 2.8. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài, tán xạ điện tử-phonon quang
• 2.9. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài, tán xạ điện tử-phonon âm
• 2.10. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 2.11. Tính toán số vẽ đồ thị và thảo luận kết quả
• 2.12. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 2.13. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ SỐ HẤP THỤ PHI TUYẾN SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP
• 3.1. Hamiltonian của hệ điện tử-phonon trong siêu mạng pha tạp
• 3.2. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 3.3. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 3.4. Phương trình động lượng tử cho điện tử trong siêu mạng pha tạp
• 3.5. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 3.6. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 3.7. Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh trong siêu mạng pha tạp
• 3.8. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 3.9. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 3.10. Tính toán số vẽ đồ thị và thảo luận kết quả
• 4. CHƯƠNG 4: HỆ SỐ HẤP THỤ PHI TUYẾN SÓNG ĐIỆN TỪ MẠNH BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ
• 4.1. Hamiltonian của hệ điện tử-phonon trong giếng lượng tử
• 4.2. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 4.3. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 4.4. Phương trình động lượng tử cho điện tử trong giếng lượng tử
• 4.5. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 4.6. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 4.7. Biểu thức giải tích hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh trong giếng lượng tử
• 4.8. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài, tán xạ điện tử-phonon quang
• 4.9. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài, tán xạ điện tử-phonon âm
• 4.10. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 4.11. Tính toán số vẽ đồ thị và thảo luận kết quả
• 4.12. Trường hợp vắng mặt từ trường ngoài
• 4.13. Trường hợp có mặt từ trường ngoài
• 5. CỘNG HƯỞNG THAM SỐ VÀ BIẾN ĐỔI THAM SỐ GIỮA PHONON ÂM GIAM CẦM VÀ PHONON QUANG GIAM CẦM TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ
• 5.1. Hệ phương trình động lượng tử mô tả tương tác tham số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong giếng lượng tử
• 5.2. Hamiltonian của hệ điện tử-phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong giếng lượng tử
• 5.3. Hệ phương trình động lượng tử cho phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong giếng lượng tử
• 5.4. Cộng hưởng tham số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong giếng lượng tử
• 5.5. Phương trình tán sắc của phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong giếng lượng tử
• 5.6. Biểu thức giải tích của biên độ trường ngưỡng
• 5.7. Biến đổi tham số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm trong giếng lượng tử
• 5.8. Tính toán số và thảo luận kết quả
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu hiệu ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều

Nghiên cứu về hiệu ứng động trong các hệ bán dẫn thấp chiều đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong vật lý hiện đại. Các hệ bán dẫn này, bao gồm giếng lượng tử, siêu mạng hợp phần và siêu mạng pha tạp, có những đặc điểm vật lý độc đáo do sự hạn chế về chiều không gian. Việc hiểu rõ các tính chất điện và quang của chúng là cần thiết để phát triển các ứng dụng công nghệ cao.

1.1. Đặc điểm của hệ bán dẫn thấp chiều

Hệ bán dẫn thấp chiều có cấu trúc đặc biệt, nơi mà chuyển động của các hạt tải bị giới hạn trong một hoặc hai chiều. Điều này dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong tính chất điện và quang của vật liệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các hệ hai chiều như giếng lượng tử có thể tạo ra các hiệu ứng quang phi tuyến mạnh mẽ.

1.2. Tầm quan trọng của hiệu ứng động trong nghiên cứu

Hiệu ứng động trong các hệ bán dẫn thấp chiều không chỉ ảnh hưởng đến tính chất điện mà còn mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong công nghệ quang điện tử. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, việc hiểu rõ các hiệu ứng này có thể dẫn đến sự phát triển của các linh kiện điện tử mới, như laser bán dẫn và pin mặt trời.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hiệu ứng động

Mặc dù đã có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu hiệu ứng động, vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như sự tương tác giữa điện tử và phonon, cũng như ảnh hưởng của các trường ngoài đến các hệ bán dẫn thấp chiều vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ.

2.1. Tương tác điện tử phonon trong hệ thấp chiều

Tương tác giữa điện tử và phonon là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất động của hệ bán dẫn. Nghiên cứu này cần được mở rộng để hiểu rõ hơn về cách mà các phonon giam cầm ảnh hưởng đến các hiệu ứng động trong các hệ hai chiều.

2.2. Ảnh hưởng của trường ngoài đến hiệu ứng động

Trường ngoài, như trường điện từ mạnh, có thể tạo ra những thay đổi đáng kể trong tính chất quang và điện của các hệ bán dẫn thấp chiều. Việc nghiên cứu ảnh hưởng này là cần thiết để phát triển các ứng dụng công nghệ mới.

III. Phương pháp nghiên cứu hiệu ứng động trong hệ bán dẫn

Để nghiên cứu các hiệu ứng động, nhiều phương pháp lý thuyết đã được áp dụng, bao gồm phương pháp phương trình động lượng tử và lý thuyết nhiễu loạn. Những phương pháp này giúp mô tả chính xác các tương tác phức tạp trong các hệ bán dẫn thấp chiều.

3.1. Phương pháp phương trình động lượng tử

Phương pháp phương trình động lượng tử cho phép mô tả chính xác các tương tác giữa điện tử và phonon trong các hệ bán dẫn thấp chiều. Phương pháp này đã được áp dụng để nghiên cứu các hiệu ứng động phi tuyến trong các hệ hai chiều.

3.2. Lý thuyết nhiễu loạn trong nghiên cứu

Lý thuyết nhiễu loạn là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích các hiệu ứng động trong các hệ bán dẫn. Nó cho phép nghiên cứu các tương tác phức tạp và ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến tính chất điện và quang của hệ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hiệu ứng động trong hệ bán dẫn

Các nghiên cứu về hiệu ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều đã dẫn đến nhiều ứng dụng thực tiễn quan trọng. Các linh kiện điện tử mới, như laser bán dẫn và pin mặt trời, đã được phát triển dựa trên các nguyên lý này.

4.1. Ứng dụng trong công nghệ quang điện tử

Công nghệ quang điện tử đã được cải thiện đáng kể nhờ vào các nghiên cứu về hiệu ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều. Các linh kiện như laser bán dẫn chấm lượng tử đã cho thấy hiệu suất cao và khả năng ứng dụng rộng rãi.

4.2. Tiềm năng trong phát triển linh kiện điện tử

Nghiên cứu về hiệu ứng động cũng mở ra tiềm năng lớn trong việc phát triển các linh kiện điện tử siêu nhỏ và thông minh. Các ứng dụng này có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp điện tử trong tương lai.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu hiệu ứng động

Nghiên cứu về hiệu ứng động trong các hệ bán dẫn thấp chiều đang ở giai đoạn phát triển mạnh mẽ. Những kết quả đạt được không chỉ góp phần làm phong phú thêm lý thuyết vật lý mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong tương lai.

5.1. Tương lai của nghiên cứu hiệu ứng động

Tương lai của nghiên cứu hiệu ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều hứa hẹn sẽ mang lại nhiều khám phá mới. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc hiểu rõ hơn về các tương tác phức tạp trong các hệ này.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Định hướng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm việc phát triển các mô hình lý thuyết mới và áp dụng các công nghệ tiên tiến để nghiên cứu sâu hơn về các hiệu ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều.