Спектри та взаємодія квазічастинок у комбінованих наносистемах аксіальної симетрії - Автореферат

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукРобота виконана на кафедрі теоретичної фізики Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича, Міністерство освіти і науки України. Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор Ткач Микола Васильович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, завідувач кафедри теоретичної фізики. Захист відбудеться 26 листопада 2010 р. о 1700 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 76.051.01 при Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича за адресою: 58012, м. З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича за адресою: 58012, м.Якщо загальні теоретичні основи вивчення енергетичних спектрів та хвильових функцій електрона у складних багатоямних високосиметричних (плоских, сферичних та циліндричних) наногетеросистемах уже розроблені і непогано описують фізичні явища та процеси, що спостерігаються експериментально, то теорія електронного, фононного та екситонного спектрів у наносистемах зі складними геометричними формами, чи в надгратках квантових точок або відсутня взагалі, або лише починає розвиватися. Розвиток нанотехнологій останніми роками привів до створення нових різноманітних комбінованих наноструктур: квантових точок, що розташовані у квантових дротах і плівках, квантових дротів у взаємних перетинах із квантовими плівками, „нанолісів”, масивів квантових точок та нанотрубок і т.п. Саме такий випадок досліджується у цій роботі на прикладі екситонного спектра подвійної циліндричної квантової точки, що розташована у квантовому дроті; квантової точки, утвореної перетином квантового дроту і квантової плівки та у масиві шестигранних напівпровідникових нанотрубок, розташованих у зовнішньому середовищі. У межах цієї тематики в дисертації методами теоретичної фізики (S-матриці, теорії функцій Гріна, теорії збурень, варіаційним методом Бете, модифікованим методом приєднаних плоских хвиль) досліджено особливості формування стаціонарних і квазістаціонарних спектрів електронів, дірок, екситонів та фононів у закритих і відкритих циліндричних квантових точках, що розташовані у квантових дротах, на перетині квантового дроту і квантової плівки, а також у надгратках квантових точок та масивах нанотрубок. побудувати теорію енергетичного спектра електрона, дірки і екситона (з урахуванням енергії звязку) у закритих циліндричних наносистемах зі складною просторовою структурою: циліндричний КД (ЦКД) з двома квантовими точками та ЦКТ, що утворюється перетином квантового дроту і квантової плівки;Нееквівалентність ефективних мас легкої і важкої дірок, а також наявність потенціальної ями у НЦКТ призводить до того, що таке виродження за енергією знімається навіть при , а величина розщеплення енергій мінізон () легкої і важкої дірки при може суттєво залежати від геометричних характеристик НЦКТ. Електрон, легка чи важка дірка у НЦКТ з гранично слабким звязком між квазічастинками в сусідніх шарах КТ здійснюють квазіплоский рух з квазіімпульсом і у відповідних мінізонах характеризуються відомими двохвимірними ефективними масами , і , що дозволяє знайти спектр і хвильові функції звязаних станів цих квазічастинок. Енергії звязку електрона і дірки у станах розраховуються у системі центру мас шляхом усереднення потенціальної енергії взаємодії на хвильових функціях електрона і дірки, що описують їх рух у площині, перпендикулярній до аксіальної осі з використанням методу оптимальної апроксимації потенціалу таким аналітичним виразом, з яким екситонне рівняння Шредінгера вже розвязується точно. Зауважимо, що експериментально реалізована наносистема має такі геометричні розміри, при яких абсолютні величини енергій звязку екситона в усіх станах () виявляються на один-два порядки меншими, ніж енергії розмірного квантування () електрона чи дірки, тому й залежність енергій екситонних станів у низькоенергетичній частині спектра, в основному, зумовлена особливостями поведінки розмірно-квантованих енергій електрона і дірки, що добре видно з рис. У третьому розділі побудовано послідовну теорію екситонного спектра (з урахуванням взаємодії між електроном і діркою) у складних закритих циліндричних комбінованих наносистемах: а) наногетеросистема, яка складається з циліндричного напівпровідникового квантового дроту (КД) радіуса , що під прямим кутом перетинає плоску квантову плівку товщиною , утворюючи при цьому циліндричну квантову точку. б) складний циліндричний напівпровідниковий квантовий дріт (), який містить дві квантові точки однакового матеріалу (), що розділені тонким шаром-барєром ().

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ