- Ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ Laser lên hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp (Tán xạ điện tử - phonon quang). - Abstract: Tổng quan về hàm sóng và phổ năng lƣợng của điện tử trong siêu mạng pha tạp và bài toán về ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ laser lên hấp thụ sóng điện từ yếu trong bán dẫn khối. - Trình bày về phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong siêu mangj pha tạp khi có mặt hai sóng điện từ. - Giới thiệu về hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp khi kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ laser. - Trƣờng bức xạ laser. - Sóng điện từ. - Điện tử giam cầm;. - Siêu mạng pha tạp Content. - Sự ra đời của các nguồn bức xạ cao tần, trong đó có laser CO 2 , đã mở ra hƣớng nghiên cứu mới trên cả lĩnh vực lý thuyết và thực nghiệm. - Các hiệu ứng cao tần gây bởi tƣơng tác của các trƣờng sóng điện từ cao tần này đã đƣợc nghiên cứu trong bán dẫn khối và bán dẫn siêu mạng. - Khi có sóng điện từ cao tần tƣơng tác với vật liệu thì có sự tham gia của photon vào quá trình hấp thụ, phát xạ phonon. - Trên lĩnh vực lý thuyết, đã có nhiều công trình nghiên cứu về bài toán hấp thụ sóng điện từ mạnh nhƣ bài toán hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử tự do. - tuyến sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp, siêu mạng pha tạp, hố lƣợng tủ bằng phƣơng pháp Kubo-Mori [12-15] hay bài toán hai sóng trong bán dẫn khối.. - Tuy nhiên, bài toán nghiên cứu ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ laser lên sự hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp vẫn là bài toán bỏ ngỏ.. - Trong luận văn này, chúng tôi tính toán hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp dƣới ảnh hƣởng của bức xạ laser. - Kết quả lý thuyết cũng đƣợc khảo sát, tính số cụ thể đối với siêu mạng pha tạp n-GaAs/p-GaAs.. - Trong luận văn này chúng tôi sử dụng phƣơng pháp phƣơng trình động lƣợng tử đối với hàm phân bố điện tử trong hình thức lƣợng tử hóa lần thứ hai để nghiên cứu sự hấp thụ sóng điện từ yếu trong siêu mạng pha tạp dƣới ảnh hƣởng của bức xạ laser.. - CHƢƠNG 1: Hàm sóng và phổ năng lƣợng của điện tử trong siêu mạng pha tạp và bài toán về ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ laser lên hấp thụ sóng điện từ yếu trong bán dẫn khối. - Hàm sóng và phổ năng lƣợng của điện tử trong siêu mạng pha tạp. - Bài toán về ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ laser lên hấp thụ sóng điện từ yếu trong bán dẫn khối. - CHƢƠNG 2: Phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong siêu mangj pha tạp khi có mặt hai sóng điện từ. - Hamiltonian của hệ điện tử - phonon trong siêu mạng pha tạp. - Xây dựng phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong siêu mạng pha tạp khi có mặt hai sóng điện từ. - CHƢƠNG 3: Hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng. - HÀM SÓNG VÀ PHỔ NĂNG LƢỢNG CỦA ĐIỆN TỬ TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP VÀ BÀI TOÁN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA TRƢỜNG BỨC XẠ LASER LÊN. - HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ YẾU TRONG BÁN DẪN KHỐI 1.1. - Siêu mạng pha tạp đƣợc tạo thành từ hai lớp bán dẫn cùng loại nhƣng pha tạp khác nhau. - Siêu mạng pha tạp có ƣu điểm là có thể dễ dàng điều chỉnh các tham số cảu siêu mạng nhờ thay đổi nồng độ pha tạp.. - Hàm sóng của điện tử trong mini vùng n là tổ hợp của hàm sóng theo mặt phẳng (x,y) có dạng sóng phẳng và theo phƣơng của trục siêu mạng [14]. - Trƣớc hết, ta xây dựng phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong bán dẫn khối khi có mặt 2 sóng điện từ.. - Hamiltonian của hệ điện tử - phonon trong bán dẫn khối Ta có Hamilton của hệ điện tử - phonon trong bán dẫn khối là:. - Phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong bán dẫn khối Phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong bán dẫn khối có dạng:. - thông qua phƣơng trình:. - (1.7) là hàm phân bố điện tử trong bán dẫn khối khi có mặt hai sóng điện từ 1.2.3. - Tính mật độ dòng trong bán dẫn khối. - Thay kết quả này vào biểu thức ta thu đƣợc mật độ dòng trong bán dẫn khối:. - Tính hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu trong bán dẫn khối khi có mặt hai sóng điện từ. - Ta có hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử trong bán dẫn khối với giả thiết. - (1.10) là biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu trong bán dẫn khối khi có mặt hai sóng điện từ.. - PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG LƢỢNG TỬ CHO ĐIỆN TỬ. - TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP KHI CÓ MẶT HAI SÓNG ĐIỆN TỪ 2.1. - Hamiltonian của hệ điện tử-phonon trong siêu mạng pha tạp:. - là số điện tử trung bình tại thời điểm t.. - Phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong siêu mạng pha tạp có dạng:. - Tính toán các giao hoán tử trong (2.2), ta đƣợc. - Ta đi xây dựng biểu thức tính hàm F(t) bằng cách viết phƣơng trình động lƣợng tử cho nó:. - Để giải phƣơng trình vi phân không thuần nhất trên ta dùng phƣơng pháp. - (2.7) Khi đó phƣơng trình (2.2) đƣợc viết lại nhƣ sau:. - Biểu thức (2.8) là phƣơng trình động lƣợng tử trong siêu mạng pha tạp trong trƣờng hợp điện tử bị giam cầm khi có mặt của hai sóng điện từ E t. - Để giải phƣơng trình (2.8) một cách tổng quát rất khó khăn nên ta sử dụng phƣơng pháp xấp xỉ gần đúng lặp bằng cách cho:. - Phƣơng trình (2.9) là phƣơng trình động lƣợng tử cho hàm phân bố không cân bằng. - Giải phƣơng trình (2.9) ta thu đƣợc biểu thức giải tích của n. - từ đó tính đƣợc mật độ dòng điện và hệ số hấp thụ song điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp khi có mặt sóng điện từ mạnh (Laser) ở chƣơng kế tiếp sau.. - HỆ SỐ HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ YẾU BỞI ĐIỆN TỬ GIAM CẦM TRONG SIÊU MẠNG PHA TẠP KHI KỂ ĐẾN ẢNH HƢỞNG CỦA TRƢỜNG BỨC XẠ. - Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp khi kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ Laser. - Với thế véc tơ của trƣờng điện từ là. - Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp đƣợc cho bởi biểu thức:. - Thay vào (3.2) ta đƣợc biểu thức hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ:. - Thay vào (3.3) ta đƣợc:. - Xét trƣờng tán xạ điện tử-phonon quang [24]:. - Thay vào (3.5) ta đƣợc:. - Thay vào (3.8) ta đƣợc biểu thức hệ số hấp thụ:. - Ta thu đƣợc (3.13) là biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu trong siêu mạng pha tạp bởi điện tử giam cầm khi có kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ. - Hình 3.1: Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ vào nhiệt độ. - Hình 3.2: Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ vào cƣờng độ trƣờng bức xạ Laser. - Hình 3.3: Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ vào tần số trƣờng bức xạ Laser. - Hình 3.5: Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ vào L 3.3. - Kết quả tính toán và vẽ đồ thị hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu trong siêu mạng pha tạp loại n-GaAs/p-GaAs dƣới ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ laser, chúng tôi có một số nhận xét sau:. - Hình 3.1 biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào nhiệt độ T, khi nhiệt độ biến thiên trong khoảng từ 50K đến 300K cho thấy hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu ban đầu tăng nhanh đến cực đại rồi giảm xuống. - Hình 3.2 biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu vào cƣờng độ trƣờng bức xạ Laser. - Trong phần này, chúng tôi vẽ đồ thị ở ba mức nhiệt độ khác nhau, nhƣng ba đồ thị đều cho thấy hệ số hấp thụ sóng điện từ tăng khi cƣờng độ trƣờng bức xạ Laser tăng và trƣờng hợp ứng với nhiệt độ T=70K thì hệ số hấp thụ đạt giá trị lớn hơn so với hai trƣờng hợp còn lại.. - Hình 3.3 biểu diễn sự phụ thuộc hệ số hấp thụ vào tần số trƣờng bức xạ Laser. - Từ đồ thị ta nhận thấy,ban đầu hệ số hấp thụ có giá trị âm nhƣng khi tần số trƣờng bức xạ Laser tăng lên thì hệ số hấp thụ cũng tăng lên, vƣợt qua giá trị 0 và đạt đến một giá trị gần nhƣ không đổi. - Giá trị âm của hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu chứng tỏ sóng điện từ yếu đã đƣợc gia tăng. - Điều này chỉ xảy ra đối với hệ bán dẫn thấp chiều nói chung và siêu mạng pha tạp nói riêng. - Hình 3.4 mô tả sự phụ thuộc hệ số hấp thụ vào tần số sóng điện từ yếu. - Khi tần số sóng điện từ yếu tăng lên thì hệ số hấp thụ giảm rất nhanh và cũng nhanh chóng đạt đến một giá trị gần nhƣ không đổi rất gần giá trị 0.. - Hình 3.5: Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ vào L. - Khi L tăng, hệ số hấp thụ giảm dần.. - Bài toán tính hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp có kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ Laser (trƣờng hợp tán xạ điện tử-phonon quang) đã đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong siêu mạng pha tạp và đã thu đƣợc một số kết quả chính nhƣ sau:. - Thu đƣợc biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp có kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ Laser (trƣờng hợp tán xạ điện tử-phonon quang) bằng cách sử dụng phƣơng trình động lƣợng tử cho điện tử trong siêu mạng pha tạp để tìm hàm phân bố điện tử, sau đó sử dụng phƣơng pháp gần đúng lặp để tính mật độ dòng, thông qua đó tìm đƣợc biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp có kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ Laser (trƣờng hợp tán xạ điện tử-phonon quang).. - Hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp có kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ Laser (trƣờng hợp tán xạ điện tử- phonon quang) không những phụ thuộc phi tuyến vào nhiệt độ T, cƣờng độ trƣờng bức xạ Laser E 01 mà còn phụ thuộc phi tuyến vào tần số trƣờng bức xạ Laser, tần số sóng điện từ yếu, độ rộng L và còn phụ thuộc vào các tham số đặc trƣng cho siêu mạng pha tạp.. - Đã tính toán số và vẽ đồ thị hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp n-GaAs/p-GaAs có kể đến ảnh hƣởng của trƣờng bức xạ Laser (trƣờng hợp tán xạ điện tử-phonon quang) theo nhiệt độ T của hệ, cƣờng độ. - [2] Nguyễn Quang Báu, Nguyễn Vũ Nhân, Phạm Văn Bền (2007), Vật lý bán dẫn thấp chiều, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.. - Đỗ Quốc Hùng, Vũ Văn Hùng, Lê Tuấn (2004), Lý thuyết bán dẫn hiện đại, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội. - [10] Nguyễn Vũ Nhân (2002), Một số hiệu ứng cao tần gây bởi trường sóng điện từ trong bán dẫn và Plasma, Luận án Tiến sĩ Vật lý.. - [11] Trần Công Phong (1997), Cấu trúc và các tính chất quang trong hố lượng tử và siêu mạng bán dẫn, Luận án Tiến sĩ Vật lý.