Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Теоретическое исследование электродинамических и спиновых характеристик квантовых нанослоёв

Амирханян, Сергей Меружанович (2017) Теоретическое исследование электродинамических и спиновых характеристик квантовых нанослоёв. PhD thesis, Ереванский Государствений университет.

[img] PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (3403Kb)
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1061Kb)

      Abstract

      Теоретическое описание физических характеристик КТ является одним из первых и важных этапов на пути создания наноэлектронных приборов нового поколения. Так как современные методы выращивания КТ позволяют получать нульмерные системы различных геометрических форм и размеров, то для каждой геометрии КТ приходится решать соответствующее уравнение Шрёдингера или Паули с учётом специфики граничных условий, а также физико-химических свойств как самой КТ, так и окружающей среды [1]. При этом на начальной стадии построения математической модели КТ возникает необходимость введения её ограничивающего потенциала, с учётом симметрии изучаемой системы, а также компонентного состава. Первый из указанных факторов определяет симметрию одночастичного гамильтониана, а второй профиль и высоту ограничивающего потенциала. Изначально рассматривались сравнительно простые геометрии КТ: сферическая и цилиндрическая (cм. например [2,3]). Одной из пионерских работ, посвященной данной проблематике, является статья [2], в которой описываются электронные и экситонные состояния, а также оптическое поглощение в сферической КТ с непроницаемыми стенками. Эти системы и сейчас активно исследуются, свидетельством чего является большое количество недавно опубликованных работ по данной тематике (cм. например [4,5]). Цилиндрические КТ впервые рассматривались в работе [3], где в приближении огибающих волновых функций вариационным методом произведён расчёт энергии основного состояния экситона в цилиндрической КТ. Физические свойства цилиндрических КТ рассмотрены также в недавних работах (cм. например [6]). В дальнейшем были реализованы и всесторонне изучены КТ пирамидальной, эллипсоидальной, линзообразной, конической и т. д. форм (cм. например [7]). Сравнительно недавно удалось вырастить сферические и цилиндрические слоистые КТ типа ядро-оболочка (core/shell) и ядро-оболочка-оболочка (core/shell/shell) (cм. например [8]). Наряду с чисто прикладным интересом подобные системы имеют очень важное фундаментальное значение, так как с их помощью можно проверить целый ряд основополагающих положений квантовой механики. Ярким примером сказанного является экспериментальное подтверждение эффекта Ааронова-Бома для связанных состояний электрона в кольцеобразной структуре, обладающей топологией “выколотого центра” (cм. например [9]). Другим ярким примером практической реализации известных квантовомеханических моделей является получение с помощью тонких сферических и цилиндрических нанослоёв, соответственно, пространственного и плоского ротаторов (cм. например [10, 11]). Наряду с исследованием электронных, кулоновских и оптических свойств КТ и нанослоев вызывает интерес исследование их спиновых и электродинамических характеристик. В частности, речь идёт о таких параметрах, как диполный и квадрупольный моменты, диамагнитная восприимчивость, орбитальный ток и ток спинового магнитного момента, создаваемые электроном, локализованным в указанных системах. Исследованию этих характеристик и посвящена предлагаемая диссертационная работа. Целью данной диссертации является теоретическое исследование электростатических мультиполей, создаваемых электроном в сферическом и цилиндрическом нанослоях, диамагнетизма примесного электрона в КТ и нанослоях сферической симметрий, а также изучение особенностей тока спинового магнитного момента в цилиндрическом нанослое. Определение электростатических мультиполей, создаваемых электроном в узкозонных сферическом и цилиндрическом нанослоях. Теоретическое исследование диамагнетизма примеси в сферическом нанослое. Изучение особенностей тока спинового магнитного момента в цилиндрическом нанослое. Для узкозонных сферического и цилиндрического нанослоёв с учётом непараболичности закона дисперсии носителей заряда, определены дипольные и квадрупольные поправки к значениям потенциала и напряжённости электрического поля, создаваемого локализованным в них электроном. Վերջին տարիներին, կապված գնդային և գլանային կվանտային նանոշերտերի էքսպերիմենտալ իրագործման հետ, կտրուկ աճել է այդ համակարգերի տեսական հետազոտման նկատմամբ հետաքրքրությունը: Նման հետազոտություններն արդիական են ինչպես ակադեմիական, այնպես էլ կիրառական տեսանկյուններից: Ակադեմիական հետրաքրքրությունը պայմանավորված է նրանով, որ նշված կառուցվածքները թույլ են տալիս ստուգել քվանտային մեխանիկայի մի շարք հիմնարար դրույթներ: Իսկ պրակտիկ առումով նրանք հետաքրքիր են նրանով, որ ամենալայն կիրառումն են ստանում նոր սերնդի կիսահաղորդչային սարքավորումներում: Նանոշերտերի համար ստացվող արդյունքներն ունեն ընդհանրացնող բնույթ, քանզի սահմանային անցումների միջոցով հնարավոր է այդ համակարգերից ստանալ ինչպես գնդային և գլանային համաչափության ՔԿ-եր, այնպես էլ քվանտային լարեր (ՔԼ) և քվանտային փոսեր (ՔՓ): Ներկայացվող ատենախոսությունը նվիրված է գնդային և գլանային նանոշերտերում գտնվող էլեկտրոնի կողմից ստեղծվող էլեկտրաստատիկ մուլտիպոլների, գնդային նանոշերտում և ՔԿ-ում գտնվող խառնուկային էլեկտրոնի դիամագնիսականության, ինչպես նաև գլանային նանոշերտում և “խառնուկ−գնդային-ՔԿ” համակարգում գտնվող էլեկտրոնի սպինային մագնիսական մոմենտի հոսանքի տեսական հետազոտմանը: նեղգոտիական գնդային և գլանային նանոշերտերում, հաշվի առնելով Կեյնի դիսպերսիայի օրենքը, լիցքակիրների համար հաշվված են դիպոլային և քվադրուպոլային ուղղումները նշված կառուցվածքներոմ առկա էլեկտրոնի ստեղծած դաշտի համար: Ցույց է տրված, որ երկու դեպքում էլ դիպոլային ուղղումները հավասար են զրոյի: Ստացված են արտահայտություններ քվադրուպոլային ուղղումների համար: Նշված են այն պայմանները, որոնց դեպքում այդ ուղղումներն ունեն դրական նշան և էլեկտրոնային թաղանթն ունի ձգված սֆերոիդի տեսք, ինչպես նաև այն պայմանները, երբ ուղղումները բացասական են, և վերջինս համապատասխանում է սեղմված սֆերոիդին: Այդ դեպքերի համար հաշվված են էլեկտրական դաշտի պոտենցիալները և լարվածություները մեծ հեռավորությունների վրա: In recent years, due to the experimental realization of the spherical and cylindrical nanolayers especially increased the interest in the theoretical investigation of these structures. The academic importance of these investigations caused by the fact that these structures allows to check the fundamental terms of quantum mechanics. These investigations have practical importance as well such structures can be widely applied in the design of the new generation semiconductor devices. The results obtained for nanolayers has generalizing character, because with the corresponding limiting transition from these systems can be realized quantum dots, quantum wells and quantum wires of spherical and cylindrical symmetries. As of today, the electronic and optical properties of quantum nanolayers are studied good enough, and there is strong interest in studying of electrodynamical and spin characteristics of these structures. The presented dissertation is devoted to theoretical investigation of the electrostatic multipoles created by electron in the spherical and cylindrical nanolayers, the diamagnetism of impurity electron in spherical QD and nanolayer, and the spin magnetic moment current in the cylindrical nanolayer and in the system of “impurity-spherical QD”. The dipole and quadrupole corrections of the field created by electron localized in the narrow-band spherical and cylindrical nanolayers have been calculated by taking into account Kane dispersion law. It has been shown that the dipole corrections are equal to zero in both cases. Analytical expressions have been obtained for quadrupole corrections. In the conditions, when these corrections have positive values the electron shell has shape of prolate spheroid, and when these corrections have negative values the electron shell has shape of oblate spheroid. For mentioned cases, have been calculated the potentials and strengths of electric field located in long distances from nanolayer.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Քվանտային նանոշերտերի էլեկտրադինամիկական և սպինային բնութագրերի տեսական հետազոտում:
      Uncontrolled Keywords: Ամիրխանյան Սերգեյ Մերուժանի, Amirkhanyan S.M.
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 22 Nov 2017 18:00
      Last Modified: 23 Nov 2017 15:45
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/5996

      Actions (login required)

      View Item