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
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

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
Mã số: Đ2013-03-45

Chủ nhiệm đề tài:

TS. Hoàng Đình Triển

Đà Nẵng, 12/ 2013
0

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những thập niên gần đây, ngành vật lý hệ thấp chiều (vật
lý nano) được nhiều nhà vật lý trên thế giới quan tâm bởi những
đặc tính ưu việt mà cấu trúc tinh thể 3 chiều không có được. Trong
các cấu trúc có kích thước lượng tử, nơi các hạt dẫn bị giới hạn bởi
trong những vùng có kích thước đặc trưng vào cỡ bước sóng De
Broglie, các tính chất vật lý của điện tử thay đổi kịch tính. Tại đây,
các quy luật của cơ học lượng tử bắt đầu có hiệu lực, trước hết,
thông qua việc biến đổi đặc trưng cơ bản nhất của hệ điện tử là
hàm sóng và phổ năng lượng của nó. Phổ năng lượng trở thành
gián đoạn dọc theo hướng toạ độ giới hạn. Dáng điệu của hạt dẫn
trong các cấu trúc kích thước lượng tử tương tự như khí hai chiều [
1-2] hoặc khí một chiều [3-4], .... Từ đó, hầu hết các tính chất
quang, điện đều có những thay đổi đáng kể [5-6]. Đặc biệt, một số
tính chất mới khác, được gọi là hiệu ứng kích thước, đã xuất hiện.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vật liệu, đặc biệt
là công nghệ epitaxy chùm phân tử, rất nhiều hệ vật liệu với cấu
trúc nano như cấu trúc hố lượng tử, siêu mạng bán dẫn, các dây
lương tử và chấm lượng tử được chế tạo. Với đặc tính ưu việt của
nó, hàng loạt các hiệu ứng trong hệ bán dẫn thấp chiều đã được
nghiên cứu như: các cơ chế tán xạ điện tử-phonon [7-8], tính dẫn
điện tuyến tính và phi tuyến [9-10], các tính chất quang [4], .... Vật
liệu nano ngày càng được phát triển mạnh mẽ về cả lý thuyết lẫn
thực nghiệm.
1

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới, các nhà vật lý
trong nước cũng đã có nhiều thành công trong nghiên cứu các hiệu
ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều như: sự linh động của hạt
tải [11,12], sự hấp thụ sóng điện từ [13-21], Hiệu ứng âm điện và
âm điện từ [22-25] và nhiều tính chất khác. Tuy nhiên để bắt kịp
với sự phát triển của thế giới, và hoàn thiên hơn các hiểu biết về hệ
bán dẫn thấp chiều, chúng ta cần có nhiều hơn nữa các nghiên cứu
cơ bản về các hiệu ứng, các tính chất của các hệ bán dẫn thấp
chiều, từ đó làm nền tảng cho sự pháp triển của ngành chế tạo vật
liệu mới.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài sẽ là nghiên cứu một số hiệu ứng trong hệ bán dẫn thấp
chiều trên cơ sở lý thuyết trường lượng tử cho hệ nhiều hạt như:
hiệu ứng âm điện từ trong hệ hai chiều; sự hấp thụ phi tuyến sóng
điện từ trong hệ một chiều. Thu nhận được các biểu thức giải tích
của các đại lượng đặc trưng của các hiệu ứng, từ đó khảo sát sự ảnh
hưởng của các hiệu ứng lên các tham số đặc trưng của hệ. Kết quả
thu được của đề tài đóng góp cho sự hiểu biết thêm về các hiệu ứng
vật lý trong vật liệu thấp chiều, góp phần thức đẩy sự pháp triển
chung về khoa học cơ bản.
3. Phương pháp nghiên cứu
Trong khuôn khổ của đề tài, bài toán hấp thụ phi tuyến sóng
điện từ bởi điên tử giam cầm trong dây lượng tử được tác giả
nghiên cứu bằng phương pháp phương trình động lượng tử, đây là
2

phương pháp đã được sử dụng cho bài toán tương tự trong bán dẫn
khối [55, 64] cũng như các hệ hai chiều [16, 67] và đã thu được
những kết quả có ý nghĩa khoa học nhất định. Xuất phát từ việc
giải phương trình động lượng tử cho điện tử trong các hệ thấp
chiều, hàm phân bố điện tử không cân bằng được tìm thấy, từ đó
biểu thức của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh trong dây
lượng tử và dòng âm điện trong hệ bán dẫn hai chiều được tính
toán giải tích. Kết hợp với phương pháp tính số bằng phần mềm
tính số Matlab
4. Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Bằng những công nghệ chế tạo vật liệu hiện đại, người ta có
thể chế tạo rất nhiều loại bán dẫn thấp chiêu. Với mục tiêu đã đề
ra, đề tài nghiên cứu lý thuyết lượng tử về sự hấp thụ phi tuyến
sóng điện từ mạnh khi có mặt của từ trường ngoài với ba loại dây
lượng tử đặc trưng: dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn, dây
lượng tử hình trụ hố thế parabol bất đối xứng và dây lượng tử hình
chử nhật hố thế cao vô hạn. Bài toán về hiệu ứng âm điện lượng tử
được nghiên cứu đối với siêu mạng pha tạp.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Những kết quả thu được của đề tài đóng góp một phần vào
việc hoàn thiện lý thuyết lượng tử về các hiệu ứng động trong hệ
thấp chiều mà cụ thể là lý thuyết lượng tử hấp thụ phi tuyến sóng
điện từ khi có mặt của từ trường ngoài trong cấu trúc bán dẫn một
3

chiều và hiệu ứng âm điện từ trong cấu trúc bán dẫn hai chiều.
Về mặt phương pháp, với những kết quả thu được từ việc sử
dụng phương pháp phương trình động lượng tử cho điện tử giam
cầm, đề tài góp phần khẳng định thêm tính hiệu quả và sự đúng
đắn của phương pháp này cho các hiệu ứng phi tuyến trên quan
điểm lượng tử.
Bên cạnh đó, tác giả cũng hi vọng kết quả của đề tài có thể
đóng góp một phần vào việc định hướng, cung cấp thông tin về
các hiệu ứng động cho vật lý thực nghiệm trong việc nghiên cứu
chế tạo vật liệu nano. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng
làm thước đo, làm tiêu chuẩn hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu
cấu trúc nano ứng dụng trong điện tử siêu nhỏ, thông minh và đa
năng hiện nay.
6. Cấu trúc của đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các công trình liên
quan đến đề tài đã công bố, các tài liệu tham khảo và phần phụ lục,
nội dung của đề tài gồm 5 chương tổng cộng 50 trang. Nội dung
của các chương như sau:
Chương 1 trình bày tổng quan hệ bán dẫn thấp chiều.
Chương 2 nghiên cứu sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi
điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn
Chương 3 nghiên cứu sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi
điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế parabol bất
đối xứng.
4