Поверхневі поляритони у напівпровідникових надгратках у сильних магнітних полях - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ РАДІОФІЗИКИ ТА ЕЛЕКТРОНІКИ ІМ. О.Я. АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Захист відбудеться “20” червня 2000 р. о 15:30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.157.01 в Інституті радіофізики та електроніки ім. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту радіофізики та електроніки ім.Період НГ звичайно лежить у межах від кількох нанометрів до кількох десятків нанометрів, а його величина є малою у порівнянні з довжиною вільного пробігу електронів. Таким чином, НГ I типу може бути зображена у вигляді масива ДЕС, а НГ II типу - у вигляді масива ДЕС та двовимірних діркових систем (ДДС), що чергуються. Метою дослідження є теоретичний пошук нових фізичних ефектів при розповсюдженні ПП у НГ, які можуть бути використані для створення нових безконтактних неруйнівних методів визначення параметрів НГ, а також можуть служити фізичною основою для конструювання різних напівпровідникових пристроїв сучасної наноелектроніки (ліній передач, підсилювачів, ліній затримки та ін.). При цьому досліджувались такі типи НГ: однокомпонентна НГ I типу (яка складається з ДЕС з однаковими факторами заповнення рівнів Ландау), двокомпонентна НГ I типу (яка складається з ДЕС з різними факторами заповнення рівнів Ландау, що чергуються), а також НГ II типу (яка складається з ДЕС та ДДС, що чергуються). Досліджено спектр ПП в упорядкованій скінченній НГ (яка складається зі скінченної кількості ДЕС, розташованих на рівній відстані один від одного) як без урахування, так і з урахуванням дисипації в ДЕС, вивчено вплив кількості ДЕС у НГ та величини частоти релаксації імпульсу електронів в ДЕС на характер спектру додаткового поверхневого поляритона (ДПП) та величину його згасання.У дисертації показано, що у однокомпонентній НГ І типу поведінка дисперсійних кривих для випадків, коли зсув фаз між електромагнітними коливаннями у сусідних ДЕС f=qd=0 та f?0, якісно різна (тут q - блохівське хвильове число). В області низьких частот (щ<<?, ?=EB/m*c - частота ЦР, B - магнітна індукція, c - швидкість світла) дисперсійна крива ПП має точку закінчення спектру Відзначимо, що частота точки закінчення спектру визначається виразом: (б - стала тонкої структури, N - фактор заповнення рівнів Ландау). По-перше, вони існують тільки на високих частотах та частота точки закінчення спектру визначається виразом: По-друге, в області частот щ?? їх фазова швидкість істотно менша, ніж у ПП з f=0. Знайдено, що фазова та групова швидкості ПП, які відповідають дисперсійним кривим нижньої зони, можуть бути набагато менші фазової та групової швидкостей ПП у ізольованій ДЕС з фактором заповнення рівнів Ландау рівним мінімальному з двох факторів заповнення рівнів Ландау ДЕС у НГ.У нескінченній однокомпонентній НГ І типу у зовнішньому квантуючому магнітному полі завбачена якісна перебудова зони існування ПП у порівнянні з випадком, коли НГ розміщена у зовнішньому класичному магнітному полі. Знайдено, що поблизу ЦР групова швидкість ПП зі зміною квантуючого магнітного поля зазнає стрибків, величина яких визначається сталою тонкої структури, діелектричною проникністю е середовища, яке оточує ДЕС, та структурним фактором НГ. При цьому форма зон існування ПП в двокомпонентній нескінченній НГ I типу у зовнішньому квантуючому магнітному полі також змінюється у порівнянні з випадком, коли НГ розміщена у зовнішньому класичному магнітному полі. Друга зона існування ПП розташовується у діапазоні між частотою другої гармоніки діркового ЦР та частотою електронного ЦР. У випадку, коли частота релаксації імпульсу електронів у ДЕС набагато менша частоти ЦР, дисперсійна крива ДПП розташовується ліворуч від світлової лінії та має точку закінчення спектру.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У нескінченній однокомпонентній НГ І типу у зовнішньому квантуючому магнітному полі завбачена якісна перебудова зони існування ПП у порівнянні з випадком, коли НГ розміщена у зовнішньому класичному магнітному полі. Знайдено, що поблизу ЦР групова швидкість ПП зі зміною квантуючого магнітного поля зазнає стрибків, величина яких визначається сталою тонкої структури, діелектричною проникністю е середовища, яке оточує ДЕС, та структурним фактором НГ. При цьому, якщо зсув фаз між коливаннями електромагнітного поля у сусідніх ДЕС відмінний від нуля, то величина групової швидкості ПП у НГ може бути істотно менша у порівнянні з величиною групової швидкості ПП в ізольованій ДЕС. Показано, що ДПП в НГ існує в області, розташованій ліворуч від світлової лінії. Починаючи з певного значення хвильового числа ДПП трансформується у моду ОП нульового порядку.

2. Показано, що спектр ПП в двокомпонентній НГ I типу складається з двох зон. При цьому форма зон існування ПП в двокомпонентній нескінченній НГ I типу у зовнішньому квантуючому магнітному полі також змінюється у порівнянні з випадком, коли НГ розміщена у зовнішньому класичному магнітному полі. Знайдено, що фазова та групова швидкості ПП, відповідних до дисперсійних кривих нижньої зони, можуть бути значно меншими фазової та групової швидкостей ПП в ізольованій ДЕС. При цьому найменшу групову швидкість мають ПП з нижної зони, що відповідають синфазним коливанням електромагнітного поля в усіх ДЕС.

3. Завбачено появу нової зони існування ПП у нескінченній НГ ІІ типу при урахуванні просторової дисперсії тензора провідності ДЕС. Показано, що спектр ПП у цій НГ складається з трьох зон. Знайдено, що одна із зон існування ПП розташовується у частотному діапазоні, межі якого визначаються частотою діркового ЦР та частотою його другої гармоніки. Друга зона існування ПП розташовується у діапазоні між частотою другої гармоніки діркового ЦР та частотою електронного ЦР. Нарешті, третя зона існування ПП у нескінченній НГ ІІ типу розташовується поблизу частоти електронного ЦР. Визначено, що у спектрі ПП спостерігається резонансна взаємодія та розштовхування двох мод ПП. Показано, що ПП поблизу другої гармоніки діркового ЦР можуть мати аномальну дисперсію.

4. Знайдено, що у скінченній НГ у квантуючому магнітному полі в умовах відсутності дисипації в ДЕС дисперсійні криві ПП набувають якісно нових властивостей у порівнянні з випадком класичного магнітного поля. У випадку, коли діелектричні проникності середовищ усередині НГ та поза неї рівні, дисперсійні криві усіх мод містяться усередині зони існування ПП у нескінченній НГ з тими ж параметрами. При цьому властивості однієї з мод в спектрі ПП у скінченній НГ схожі на властивості моди ПП у нескінченній НГ з синфазними коливаннями електромагнітного поля в усіх ДЕС. Властивості решти мод схожі на властивості мод ПП у нескінченній НГ з несинфазними коливаннями електромагнітного поля у сусідніх ДЕС. У випадку, коли діелектричні проникності середовищ усередині НГ та поза неї не дорівнюють один одному, усі моди ПП існують тільки на частотах порядку ЦР та вищих. Окрім того, у цьому випадку в спектрі ПП існують дві особливі моди ПП, електромагнітне поле яких локалізовано на протилежних межах скінченної НГ і дисперсійні криві яких розташовані поза зоною існування ПП у нескінченній НГ.

5. Властивості ДПП у скінченній НГ сильно залежать від частоти релаксації імпульсу електронів. У випадку, коли частота релаксації імпульсу електронів у ДЕС набагато менша частоти ЦР, дисперсійна крива ДПП розташовується ліворуч від світлової лінії та має точку закінчення спектру. Знайдено, що із зростанням числа ДЕС у НГ M дисперсійна крива ДПП зміщується в більш високочастотну область та стає більш пологою. Встановлено, що існує певне критичне значення M, відповідне до мінімуму згасання ДПП. Показано, що у випадку, коли частота релаксації імпульсу електронів у ДЕС конгруентна з частотою ЦР, дисперсійна крива ДПП зливається зі сповільненою частиною найшвидшої моди звичайних ПП. Зі збільшенням значення M дисперсійна крива ДПП зміщується в область більш високих частот та при певному значенні M відокремлюється від найшвидшої моди звичайних ПП.

6. Показано, що у скінченній СНГ, яка містить дефектну ДЕС, в спектрі ПП існує локальна мода. Встановлено, що у випадку однакових діелектричних проникностей середовищ усередині НГ та поза нею спектр локальної моди ПП не залежить від положення дефектної ДЕС в СНГ. Окрім того, у СНГ виявлені моди ПП, дисперсійні криві яких слабко чутливі до величини фактора заповнення рівнів Ландау дефектної ДЕС Nd. Показано, що із зростанням значення Nd дисперсійна крива ДПП зміщується в більш високочастотну область, але згасання ДПП зменшується. Виявлено, що існує певне критичне значення Nd, при перевищенні якого порогова умова існування ДПП не виконується.

7. Знайдено, що у скінченній СНГ зі зміщеною внутрішньою ДЕС в спектрі ПП також існує локальна мода, електромагнітне поле якої локалізовано у проміжку між зміщеною ДЕС та найближчою до неї сусідньою ДЕС. Дисперсійна крива, відповідна до цієї локальної моди ПП, у випадку рівності діелектричних проникностей середовищ усередині СНГ та поза нею, розташована у більш низькочастотній області у порівнянні з дисперсійними кривими, відповідними до решти мод ПП. Показано, що характер дисперсійної кривої локальної моди ПП залежить тільки від величини зміщення ДЕС Д та не залежить від номеру зміщеної ДЕС. При цьому чим більша величина зміщення, тим менша групова швидкість ПП, відповідних до локальної моди. Відзначимо, що в спектрі ПП в СНГ зі зміщеною ДЕС також існують моди з дисперсійними характеристиками, які не залежать від величини зміщення Д. Відзначимо, що частота ДПП та величина його згасання зростають при зменшенні відстанні між крайовою ДЕС в СНГ та найближчою до неї ДЕС.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У ТАКИХ РОБОТАХ

1. Блудов Ю.В. Квантование групповой скорости поверхностных поляритонов в конечной сверхрешетке в сильном магнитном поле // Радиофизика и электроника: Сб. научн. тр. ИРЭ НАНУ. - 1998. - Т.3, №3. - С. 106-114.

2. Белецкий Н.Н., Блудов Ю.В. Поверхностные поляритоны в конечной слаборазупорядоченной сверхрешетке в квантующем магнитном поле // Радиофизика и электроника: Сб. научн. тр. ИРЭ НАНУ. - 1999. - Т.4, №1. - С. 93-102.

3. Bludov Y.V. Surface polaritons in the finite superlattice placed into the quantizing magnetic field // Український фізичний журнал. - 1999. - Т.44, №10. - С. 1266-1272.

4. Белецкий Н.Н., Блудов Ю.В. Квантование спектра поверхностных поляритонов в электронно-дырочных сверхрешетках // Доповіді Національної Академії наук України. - 1999. - №12. - С. 79-85.

5. Beletskii N.N., Bludov Yu.V. Surface polaritons in a finite superlattice with a displaced layer in a quantizing magnetic field // Low Temperature Physics. - 2000. - V.26, №2. - P.121-127.

6. Блудов Ю.В. Медленные поверхностные поляритоны в сверхрешетке, состоящей из двухмерных электронных слоев // Тези доп. I міської науково-практичної конференції “Актуальні проблеми сучасної науки у дослідженнях молодих вчених м. Харкова”, Харків. - 1997. - С. 15 - 17.

7. Bludov Y.V. Surface polaritons in the finite superlattice placed into the quantizing magnetic field // Proc. Third international Kharkov symposium “Physics and engineering of millimeter and submillimeter waves”, Kharkov, Ukraine. - 1998. - P. 298 - 300.

8. Блудов Ю.В. Поверхностные поляритоны в конечной сверхрешетке в квантующем магнитном поле // Труды 8-й международной крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, Севастополь. - 1998. - С. 606-607.

9. Beletskii N.N., Bludov Y.V. Propagation of surface polaritons in a finite weakly disordered superlattice in the high magnetic field // Abst. symposium on micro- and nanocryogenics, Jyvдskylд, Finland. - 1999. - P. 52.

10. Белецкий Н.Н., Блудов Ю.В. Квантование спектра поверхностных поляритонов в сверхрешетках II типа // Труды 9-й международной крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, Севастополь. - 1999. - С. 303-304.

11. Beletskii N.N., Bludov Y.V. Propagation of surface polaritons in finite superlattice with one shifted layer placed into the quantizing magnetic field // Proc. IV International Workshop/ Symposium “Direct and inverse problems of the electromagnetic and acoustic wave theory”, Lviv, Ukraine. - 1999. - P. 32 - 36.

Размещено на .ru