Hiệu ứng Hall lượng tử trong dây lượng tử hình trụ

Đề tài nghiên cứu hiệu ứng Hall trong hệ dây lượng tử hình trụ với phương pháp nghiên cứu phương trình động lượng tử. Mục đích nghiên cứu là tìm độ dẫn Hall và hệ số Hall trong dây lượng tử hình trụ khi có mặt sóng điện từ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hiệu ứng Hall lượng tử trong dây lượng tử hình trụ Hiệu ứng Hall lượng tử trong dây lượng tử hình trụ Nguyễn Đức Lương Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số 60 44 01 03 Người hướng dẫn: GS TS Nguyễn Quang Báu Năm bảo vệ: 2014 Keywords. Vật lý; Vật lý toán; Hiệu ứng Hall; Lượng tử; Dây lượng tử.Content MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tài Khi chuyển nghiên cứu các tính chất nói chung và hoạt động nói riêng từ hệ 3 chiều [1-5]sang hệ thấp chiều [6-8] thì các tính chất vật lý của nó có thay đổi cả về định lượng và địnhtính (xuất hiện hiệu ứng mới). Những cấu trúc thấp chiều như các hố lượng tử (quantumwells), các cấu trúc siêu mạng (superlattices), các dây lượng tử (quantum wires), và các chấmlượng tử (quantum dots) … đã được tạo nên nhờ sự phát triển của công nghệ vật liệu mới vớinhững phương pháp như kết tủa hơi kim loại hóa hữu cơ (MOCDV), epytaxi chùm phân tử(MBE)… Trong các cấu trúc nano như vậy, chuyển động của hạt dẫn bị giới hạn nghiêm ngặtdọc theo một hướng tọa độ với một vùng có kích thước đặc trưng vào cỡ bậc của bước sóngDe Broglie, các tính chất vật lý của điện tử thay đổi đáng kể, xuất hiện một số tính chất mớikhác, gọi là hiệu ứng kích thước, ở đây các quy luật của cơ học lượng tử bắt đầu có hiệu lực,khi đó đặc trưng cơ bản nhất của hệ điện tử là phổ năng lượng bị biến đổi. Phổ năng lượng bịgián đoạn dọc theo hướng tọa độ giới hạn. Do các tính chất quang, điện của hệ biến đổi đã mởra khả năng ứng dụng cho các linh kiện điện tử, cho ra đời nhiều công nghệ hiện đại có tínhchất cách mạng trong lĩnh vực khoa học, kỹ thuật. Ví dụ như: các đi-ốt huỳnh quang điện, pinmặt trời, các loại vi mạch… Trong số các hiệu ứng động thì nghiên cứu hiệu ứng Hall cho rất nhiều thông tin về cấutrúc vật liệu và các hạt, giả hạt tham gia vào các quá trình động. Hiệu ứng Hall trong bán dẫnkhối đã được nghiên cứu khá tỉ mỉ (“Vât lý bán dẫn thấp chiều ”, Nhà xuất bản Đại học Quốcgia Hà Nội). Còn hiệu ứng Hall trong bán dẫn thấp chiều thì mới được bắt đầu nghiên cứu và gần đâythì được nghiên cứu hiệu ứng Hall trong hệ 2 chiều. nhưng trong hệ 1 chiều (dây lượng tử) thìhầu như chưa được nghiên cứu. Ở luận văn này chúng tôi nghiên cứu hiệu ứng Hall trong hệdây lượng tử hình trụ với phương pháp nghiên cứu phương trình động lượng tử. Mục đích nghiên cứu là tìm độ dẫn Hall và hệ số Hall trong dây lượng tử hình trụ khi cómặt sóng điện từ. Phương pháp nghiên cứu là sử dụng phương trình động lượng tử cho điện tử. Trong dâylượng tử hình trụ với hồ thế cao vô hạn từ đó tìm hàm phân bố không cân bằng điện tử, tínhđộ dẫn Hall và tính hệ số Hall.2. Phương pháp nghiên cứu Chúng tôi sử dụng phương pháp phương trình động lượng tử cho điện tử. Từ Hamiltoniancho hệ điện tử - phonon trong dây lượng tử hình trụ với hố thế cao vô hạn, với điện trườngkhông đổi E1  (0,0, E1 ) và từ trường không đổi B  (0, B, 0) đặt vuông góc với nhau và mộtđiện trường biến thiên E  Eo .sin t đặc trưng bởi thế vec tơ. Xây dựng phương trình độnglượng tử cho hệ điện tử trong dây lượng tử hình trụ vơi hố thế cao vô hạn và giải phương trìnhđể tìm ra biểu thức giải tích cho tenxơ độ dẫn Hall và hệ số Hall. Biểu thức này chỉ ra rằng độdẫn Hall, hệ số Hall phụ thuộc vào từ trường B, tần số sóng điện từ Ω, bán kính và chiều dàicủa dây lượng tử. Điều đó thể hiện rõ ràng qua đồ thị bằng cách sử dụng chương trình Matlabđể tính toán số cho dây lượng tửu hình trụ hố thế cao vô hạn. Đây là phương pháp phổ biến đểnghiên cứu bán dẫn thấp chiều. Nghiên cứu về hiệu ứng Hall trong bán dẫn khối với sự có mặt của sóng điện từ đã nhậnđược nhiều sự chú ý bằng việc sử dụng phương pháp phương trình động lượng tử[8,11,14,16]. Gần đây, việc nghiên cứu cấu trúc vi mô ngày càng mang lại lợi ích lớn [13,15].Đặc biệt trong thời gian gần đây hiệu ứng Hall đã được nghiên cứu trong hệ một chiều [10] vàdây lượng tử hình trụ [15]. Mặc dù vậy, hiệu ứng Hall trong dây lượng tử hình trụ với thế caovô hạn lại chưa được nghiên cứu nhiều. Vì vậy, trong luận văn này tôi sẽ tính toán hệ số Halltrong dây lượng tử hình trụ với hố thế cao vô hạn bằng phương pháp phương trình động lượngtử.3. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, các nội dung nghiên cứu củaluận văn được trình bày trong 3 chương:CHƯƠNG 1: Giới thiệu về dây lượng tử với hố thế cao vô hạn và hiệu ứng Hall trong bándẫn khối.CHƯƠNG 2: Tính độ dẫn Hall và hệ số Hall trong dây lượng tử hình trụ với hố thế cao vôhạn bằng phương pháp phương trình động lượng tử.CHƯƠNG 3: Tính toán số và vẽ đồ thị các kết quả lý thuyết cho dây lượng tử hình trụ với hốthế cao vô hạn.- Kết luận.- Tài liệu tham khảo ...