Tóm tắt báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp Đại học Đà Nẵng: Lý thuyết lượng tử về một số hiệu ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br /> <br /> TÓM TẮT BÁO CÁO TỔNG KẾT<br /> <br /> ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br /> <br /> LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ VỀ MỘT SỐ HIỆU ỨNG<br /> ĐỘNG TRONG HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU<br /> Mã số: Đ2013-03-45<br /> <br /> Chủ nhiệm đề tài:<br /> <br /> TS. Hoàng Đình Triển<br /> <br /> Đà Nẵng, 12/ 2013<br /> 0<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Lý do chọn đề tài<br /> Trong những thập niên gần đây, ngành vật lý hệ thấp chiều (vật<br /> lý nano) được nhiều nhà vật lý trên thế giới quan tâm bởi những<br /> đặc tính ưu việt mà cấu trúc tinh thể 3 chiều không có được. Trong<br /> các cấu trúc có kích thước lượng tử, nơi các hạt dẫn bị giới hạn bởi<br /> trong những vùng có kích thước đặc trưng vào cỡ bước sóng De<br /> Broglie, các tính chất vật lý của điện tử thay đổi kịch tính. Tại đây,<br /> các quy luật của cơ học lượng tử bắt đầu có hiệu lực, trước hết,<br /> thông qua việc biến đổi đặc trưng cơ bản nhất của hệ điện tử là<br /> hàm sóng và phổ năng lượng của nó. Phổ năng lượng trở thành<br /> gián đoạn dọc theo hướng toạ độ giới hạn. Dáng điệu của hạt dẫn<br /> trong các cấu trúc kích thước lượng tử tương tự như khí hai chiều [<br /> 1-2] hoặc khí một chiều [3-4], .... Từ đó, hầu hết các tính chất<br /> quang, điện đều có những thay đổi đáng kể [5-6]. Đặc biệt, một số<br /> tính chất mới khác, được gọi là hiệu ứng kích thước, đã xuất hiện.<br /> Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vật liệu, đặc biệt<br /> là công nghệ epitaxy chùm phân tử, rất nhiều hệ vật liệu với cấu<br /> trúc nano như cấu trúc hố lượng tử, siêu mạng bán dẫn, các dây<br /> lương tử và chấm lượng tử được chế tạo. Với đặc tính ưu việt của<br /> nó, hàng loạt các hiệu ứng trong hệ bán dẫn thấp chiều đã được<br /> nghiên cứu như: các cơ chế tán xạ điện tử-phonon [7-8], tính dẫn<br /> điện tuyến tính và phi tuyến [9-10], các tính chất quang [4], .... Vật<br /> liệu nano ngày càng được phát triển mạnh mẽ về cả lý thuyết lẫn<br /> thực nghiệm.<br /> 1<br /> <br /> Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới, các nhà vật lý<br /> trong nước cũng đã có nhiều thành công trong nghiên cứu các hiệu<br /> ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều như: sự linh động của hạt<br /> tải [11,12], sự hấp thụ sóng điện từ [13-21], Hiệu ứng âm điện và<br /> âm điện từ [22-25] và nhiều tính chất khác. Tuy nhiên để bắt kịp<br /> với sự phát triển của thế giới, và hoàn thiên hơn các hiểu biết về hệ<br /> bán dẫn thấp chiều, chúng ta cần có nhiều hơn nữa các nghiên cứu<br /> cơ bản về các hiệu ứng, các tính chất của các hệ bán dẫn thấp<br /> chiều, từ đó làm nền tảng cho sự pháp triển của ngành chế tạo vật<br /> liệu mới.<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu<br /> Đề tài sẽ là nghiên cứu một số hiệu ứng trong hệ bán dẫn thấp<br /> chiều trên cơ sở lý thuyết trường lượng tử cho hệ nhiều hạt như:<br /> hiệu ứng âm điện từ trong hệ hai chiều; sự hấp thụ phi tuyến sóng<br /> điện từ trong hệ một chiều. Thu nhận được các biểu thức giải tích<br /> của các đại lượng đặc trưng của các hiệu ứng, từ đó khảo sát sự ảnh<br /> hưởng của các hiệu ứng lên các tham số đặc trưng của hệ. Kết quả<br /> thu được của đề tài đóng góp cho sự hiểu biết thêm về các hiệu ứng<br /> vật lý trong vật liệu thấp chiều, góp phần thức đẩy sự pháp triển<br /> chung về khoa học cơ bản.<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> Trong khuôn khổ của đề tài, bài toán hấp thụ phi tuyến sóng<br /> điện từ bởi điên tử giam cầm trong dây lượng tử được tác giả<br /> nghiên cứu bằng phương pháp phương trình động lượng tử, đây là<br /> 2<br /> <br /> phương pháp đã được sử dụng cho bài toán tương tự trong bán dẫn<br /> khối [55, 64] cũng như các hệ hai chiều [16, 67] và đã thu được<br /> những kết quả có ý nghĩa khoa học nhất định. Xuất phát từ việc<br /> giải phương trình động lượng tử cho điện tử trong các hệ thấp<br /> chiều, hàm phân bố điện tử không cân bằng được tìm thấy, từ đó<br /> biểu thức của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh trong dây<br /> lượng tử và dòng âm điện trong hệ bán dẫn hai chiều được tính<br /> toán giải tích. Kết hợp với phương pháp tính số bằng phần mềm<br /> tính số Matlab<br /> 4. Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu<br /> Bằng những công nghệ chế tạo vật liệu hiện đại, người ta có<br /> thể chế tạo rất nhiều loại bán dẫn thấp chiêu. Với mục tiêu đã đề<br /> ra, đề tài nghiên cứu lý thuyết lượng tử về sự hấp thụ phi tuyến<br /> sóng điện từ mạnh khi có mặt của từ trường ngoài với ba loại dây<br /> lượng tử đặc trưng: dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn, dây<br /> lượng tử hình trụ hố thế parabol bất đối xứng và dây lượng tử hình<br /> chử nhật hố thế cao vô hạn. Bài toán về hiệu ứng âm điện lượng tử<br /> được nghiên cứu đối với siêu mạng pha tạp.<br /> <br /> 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài<br /> Những kết quả thu được của đề tài đóng góp một phần vào<br /> việc hoàn thiện lý thuyết lượng tử về các hiệu ứng động trong hệ<br /> thấp chiều mà cụ thể là lý thuyết lượng tử hấp thụ phi tuyến sóng<br /> điện từ khi có mặt của từ trường ngoài trong cấu trúc bán dẫn một<br /> 3<br /> <br /> chiều và hiệu ứng âm điện từ trong cấu trúc bán dẫn hai chiều.<br /> Về mặt phương pháp, với những kết quả thu được từ việc sử<br /> dụng phương pháp phương trình động lượng tử cho điện tử giam<br /> cầm, đề tài góp phần khẳng định thêm tính hiệu quả và sự đúng<br /> đắn của phương pháp này cho các hiệu ứng phi tuyến trên quan<br /> điểm lượng tử.<br /> Bên cạnh đó, tác giả cũng hi vọng kết quả của đề tài có thể<br /> đóng góp một phần vào việc định hướng, cung cấp thông tin về<br /> các hiệu ứng động cho vật lý thực nghiệm trong việc nghiên cứu<br /> chế tạo vật liệu nano. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng<br /> làm thước đo, làm tiêu chuẩn hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu<br /> cấu trúc nano ứng dụng trong điện tử siêu nhỏ, thông minh và đa<br /> năng hiện nay.<br /> 6. Cấu trúc của đề tài<br /> Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các công trình liên<br /> quan đến đề tài đã công bố, các tài liệu tham khảo và phần phụ lục,<br /> nội dung của đề tài gồm 5 chương tổng cộng 50 trang. Nội dung<br /> của các chương như sau:<br /> Chương 1 trình bày tổng quan hệ bán dẫn thấp chiều.<br /> Chương 2 nghiên cứu sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi<br /> điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn<br /> Chương 3 nghiên cứu sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi<br /> điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế parabol bất<br /> đối xứng.<br /> 4<br /> <br />