Lý thuyết exciton và biexciton loại hai trong hệ hai chấm lượng tử và lớp kép graphene

• Tác giả: Võ Thị Hoa
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Văn Thanh
• Trường học: Viện Hàn Lâm Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán
• Đề tài: Nghiên cứu lý thuyết exciton và biexciton trong chấm lượng tử và graphene
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THẤP CHIỀU
• 2.1. KHÁI NIỆM HỆ THẤP CHIỀU
• 2.2. ĐIỆN TỬ TRONG HỆ THẤP CHIỀU
• 2.2.1. Hạt chuyển động trong hố thế vuông góc
• 2.2.2. Điện tử trong hệ hai chiều
• 2.2.3. Điện tử trong hệ một chiều
• 2.2.4. Điện tử trong hệ không chiều
• 2.3. ĐẠI CƯƠNG VỀ EXCITON VÀ BIEXCITON
• 2.3.1. Exciton – Exciton loại 1 – Exciton loại 2
• 3. EXCITON LOẠI 1 TRONG CÁC HỆ THẤP CHIỀU
• 3.1. Phương trình Wannier
• 3.2. Trường hợp hệ hai chiều và ba chiều
• 3.3. Trường hợp hệ một chiều
• 3.4. Trường hợp hệ không chiều
• 4. BIEXCITON LOẠI 1 TRONG CÁC HỆ THẤP CHIỀU
• 4.1. Biexciton trong giếng lượng tử
• 4.2. Biexciton trong ống nanô
• 4.3. Biexciton trong chấm lượng tử
• 5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 6. EXCITON VÀ BIEXCITON LOẠI 2 TRONG HỆ HAI CHẤM LƯỢNG TỬ
• 6.1. MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ
• 6.1.1. Mô hình máy tính lượng tử spin
• 6.1.2. Mô hình máy tính lượng tử quang
• 6.2. Biexciton trong bán dẫn khối
• 6.3. EXCITON LOẠI 2 TRONG HAI CHẤM LƯỢNG TỬ
• 6.3.1. Mô hình exciton loại 2 trong hai chấm lượng tử
• 6.3.2. Năng lượng liên kết của exciton loại 2 trong hai chấm lượng tử
• 6.4. BIEXCITON LOẠI 2 TRONG HAI CHẤM LƯỢNG TỬ CÙNG KÍCH THƯỚC
• 6.4.1. Mô hình biexciton loại 2 trong hai chấm lượng tử cùng kích thước
• 6.4.2. Năng lượng của biexciton loại 2 trong hai chấm lượng tử cùng kích thước khi chưa tính đến thế tương tác
• 6.4.3. Năng lượng liên kết của biexciton loại 2 trong hai chấm lượng tử cùng kích thước
• 6.5. BIEXCITON LOẠI 2 TRONG HAI CHẤM LƯỢNG TỬ CÓ KÍCH THƯỚC KHÁC NHAU
• 6.5.1. Mô hình biexciton loại 2 trong hai chấm lượng tử có kích thước khác nhau
• 6.5.2. Năng lượng của biexciton loại 2 trong hai chấm lượng tử khác kích thước khi chưa tính đến thế tương tác
• 6.5.3. Thông số tương tác Förster (biểu thị qua năng lượng liên kết biexciton loại 2)
• 6.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 7. EXCITON VÀ BIEXCITON LOẠI 2 TRONG HỆ CÁC LỚP GRAPHENE
• 7.1. EXCITON LOẠI 2 TRONG LỚP KÉP GRAPHENE
• 7.1.1. Cấu trúc năng lượng trong lớp kép graphene
• 7.1.2. Exciton loại 2 trong lớp kép graphene
• 7.2. BIEXCITON TỪ TRONG HỆ LỚP TAM GRAPHENE
• 7.2.1. Mô hình biexciton trong hệ lớp tam graphene
• 7.2.2. Thế của hệ exciton từ trong hệ lớp tam graphene
• 7.2.3. Gần đúng thế Morse
• 7.2.4. Sự phụ thuộc của các mức năng lượng vào khoảng cách giữa các lớp graphene và từ trường
• 7.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• Danh sách các công bố khoa học
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về lý thuyết exciton và biexciton trong chấm lượng tử

Lý thuyết về exciton và biexciton trong chấm lượng tử và graphene đang thu hút sự chú ý lớn trong nghiên cứu vật lý hiện đại. Exciton là một trạng thái liên kết giữa điện tử và lỗ trống, trong khi biexciton là sự kết hợp của hai exciton. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng quang học mà còn mở ra hướng đi mới cho công nghệ nano và máy tính lượng tử.

1.1. Khái niệm về exciton và biexciton trong vật liệu nano

Exciton được hình thành khi một điện tử nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, để lại một lỗ trống. Biexciton là sự kết hợp của hai exciton, tạo ra một trạng thái liên kết mạnh mẽ hơn. Nghiên cứu về chúng trong chấm lượng tử và graphene giúp phát hiện các tính chất quang học độc đáo.

1.2. Tính chất quang học của exciton và biexciton

Tính chất quang học của exciton và biexciton bao gồm khả năng phát quang và hấp thụ ánh sáng. Những tính chất này phụ thuộc vào cấu trúc và kích thước của chấm lượng tử, cũng như môi trường xung quanh. Việc hiểu rõ những tính chất này là rất quan trọng cho các ứng dụng trong công nghệ quang điện.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu exciton và biexciton

Mặc dù đã có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu exciton và biexciton, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua. Các vấn đề như sự tương tác giữa các hạt, độ bền của trạng thái exciton và biexciton, cũng như ảnh hưởng của môi trường xung quanh vẫn chưa được giải quyết triệt để.

2.1. Tương tác giữa các exciton trong chấm lượng tử

Tương tác giữa các exciton có thể dẫn đến sự hình thành các trạng thái mới, nhưng cũng có thể làm giảm độ bền của chúng. Nghiên cứu về tương tác này là cần thiết để phát triển các ứng dụng trong công nghệ nano.

2.2. Ảnh hưởng của môi trường đến tính chất của exciton

Môi trường xung quanh có thể ảnh hưởng lớn đến tính chất quang học của exciton và biexciton. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và cấu trúc tinh thể có thể làm thay đổi năng lượng liên kết và thời gian sống của chúng.

III. Phương pháp nghiên cứu exciton và biexciton trong graphene

Nghiên cứu exciton và biexciton trong graphene sử dụng nhiều phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Các mô hình toán học và mô phỏng máy tính đóng vai trò quan trọng trong việc dự đoán và phân tích các tính chất của chúng.

3.1. Mô hình lý thuyết cho exciton trong graphene

Mô hình lý thuyết cho exciton trong graphene thường dựa trên các phương trình Schrödinger và lý thuyết tương tác Coulomb. Những mô hình này giúp dự đoán năng lượng liên kết và các tính chất quang học của exciton.

3.2. Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu biexciton

Các phương pháp thực nghiệm như quang phổ phát xạ và quang phổ hấp thụ được sử dụng để nghiên cứu biexciton. Những phương pháp này cho phép xác định các thông số quan trọng như năng lượng liên kết và thời gian sống của biexciton.

IV. Ứng dụng thực tiễn của exciton và biexciton trong công nghệ

Nghiên cứu về exciton và biexciton không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Chúng có thể được ứng dụng trong các thiết bị quang điện, máy tính lượng tử và các công nghệ nano khác.

4.1. Ứng dụng trong máy tính lượng tử

Sự phát triển của máy tính lượng tử dựa trên các trạng thái của exciton và biexciton. Những trạng thái này có thể được sử dụng để lưu trữ và xử lý thông tin một cách hiệu quả hơn so với các công nghệ hiện tại.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ quang điện

Các tính chất quang học của exciton và biexciton có thể được ứng dụng trong các thiết bị quang điện như pin mặt trời và cảm biến quang. Việc tối ưu hóa các tính chất này sẽ giúp nâng cao hiệu suất của các thiết bị này.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu exciton và biexciton

Nghiên cứu về exciton và biexciton trong chấm lượng tử và graphene đang mở ra nhiều hướng đi mới cho khoa học và công nghệ. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều phát hiện mới và ứng dụng thực tiễn quan trọng.

5.1. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu

Các kết quả nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng exciton và biexciton có nhiều tính chất độc đáo, có thể được khai thác cho các ứng dụng trong công nghệ nano và máy tính lượng tử.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các mô hình lý thuyết mới và thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra các dự đoán lý thuyết. Điều này sẽ giúp mở rộng hiểu biết về exciton và biexciton trong các hệ vật liệu mới.