Особливості квантових осциляцій та електронних процесів поглинання - Автореферат

Останнім часом у провідних світових виданнях зявляється чимало публікацій, присвячених дослідженню структур без центра симетрії, у звязку з можливістю застосування останніх у спінотронних пристроях [1] та в деяких схемах квантових обчислень [2]. Оптичні та кінетичні властивості цих сполук відносно добре досліджені експериментально, теоретично ж вони описувалися як ізотропною моделлю Кейна [3], так і у термінах більш загальної анізотропної моделі Боднара [4]. У результаті виникло деяке свавілля при використанні її для опису зонної структури як матеріалів із суттєво різною симетрією решітки, так і різних поліморфних модифікацій однієї сполуки. Звідси виникла необхідність ревізії й корегування моделі Боднара та побудови на основі узагальненої моделі теорії квантово-осциляційних явищ і електронних процесів поглинання (завдяки великій чутливості їх до деталей зонної структури кристалів) у вищезазначених матеріалах. Мета роботи полягала в узагальненні моделі Боднара на новий клас матеріалів - одновісні кристали без центра симетрії та у відстеженні впливу специфічних рис зонного спектра модельних сполук на особливості квантово-осциляційних явищ і електронних процесів поглинання у них.У підрозділі 1.4 наведено огляд теоретичних і експериментальних робіт, присвячених вивченню квантово-осциляційних явищ у кристалах Шляхом критичного аналізу літературних даних показано, що найбільш уживана для даного класу сполук, модель Боднара не в змозі пояснити належним чином цілу сукупність експериментальних даних (наявність явища биття у спектрі осциляцій Шубнікова-де Гааза, абсолютні значення електронних-факторів, ефект “гофрування” ПФ в ). Підрозділ 1.4 присвячений розгляду прикладних аспектів застосування сполук У підрозділі 1.5 сформульовано висновки та зроблена постановка задач дослідження. У підрозділі 2.2, використовуючи правила відбору та техніку операторів проектування, в межах моделі Боднара проведено побудову kp-матриць для кристалічних класів і Показано, що зонні параметри, якими знехтував Боднар під час отримання дисперсійного рівняння, є нульовими за симетрією у голоедрії і з‘являються при фазовому переході . Показано, що як у квазікубічному наближенні, так і в межах моделі Боднара дисперсійне рівняння для фази має наступний вигляд: (1) де - поліноми відносно енергії та зонних параметрів; - компоненти хвильового вектора k електрона; - індекс спінової підзони. Треба відмітити, що на відміну від восьмипараметричної моделі Боднара, у квазікубічному наближенні зонний спектр визначається за допомогою лише пяти емпіричних констант, якими є матричний елемент від оператора імпульсу (), параметр спін-орбітальної взаємодії (), ширина забороненої зони (), матричні елементи від оператора “кристалічної взаємодії” (і ).Відомо, що у квазікласичному наближенні період квантових осциляцій визначається екстремальною по ( - компонента хвильового вектора у напрямку магнітного поля) площею перерізу ПФ, нормального до напрямку зовнішнього магнітного поля. Тому у підрозділі 4.1 проведено дослідження залежності при фіксованих значеннях параметрів (0 - кут поміж напрямком магнітного поля і віссю ). Так, наприклад, у роботі показано, що у випадку результуючі осциляції будуть являти собою суперпозицію сильних осциляцій однієї частоти (повязаних із центральним перерізом) та слабких осциляцій більш високої частоти (які відповідають нецентральному перерізу). За наявності магнітопольової залежності-фактора амплітуди гармонік можуть обертатися в нуль при певних значеннях магнітного поля - на осциляційній кривій виникає “вузол”. Якщо врахувати, що зі зменшенням номера вузла різниця поміж значеннями магнітного поля, які відповідають двом сусіднім вузлам, швидко збільшується, то стає очевидним, що у полях, при яких починають проявлятися квантові осциляції, можливо спостерігати лише декілька перших вузлів.У межах узагальненої зонної моделі Боднара отримано точне дисперсійне рівняння, яке коректно описує як ефекти непараболічності і анізотропії зон, так і коло явищ, повязаних з їх спіновим розщепленням. Запропоновано модифікацію узагальненої моделі Боднара, яка з одного боку, описується за допомогою порівняно невеликого набору констант, а з іншого - враховує всі ефекти, що виникають за рахунок конкретної симетрії кристалічних структур обєктів дослідження. Шляхом порівняння розрахованої на основі запропонованої моделі теоретичної кривої оптичного поглинання з експериментальними даними отримані уточнені оцінки зонних параметрів Знайдено, що у випадку вироджених напівпровідників з мультиплетною структурою валентної зони може виникати суттєве нетеплове розмиття особливостей типу “сходинок” на кривій фундаментального поглинання, обумовлене анізотропією спектру дірок та (або) електронів. У свою чергу, наявність спінового розщеплення зон має викликати розщеплення піків у модульованих оптичних спектрах поглинання. Вперше проведено оцінку констант другого порядку теорії збурень для Показано, що модель Боднара добре описує структуру спін-відщепленої зони і зони

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ