NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HẠT TẢI VÀ CÁC DAO ĐỘNG TRONG MỘT SỐ BÁN DẪN CÓ CẤU TRÚC NANO

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÊ THỊ NGỌC BẢO

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HẠT TẢI
VÀ CÁC DAO ĐỘNG TRONG MỘT SỐ
BÁN DẪN CÓ CẤU TRÚC NANO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

HUẾ, 2019


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÊ THỊ NGỌC BẢO

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HẠT TẢI
VÀ CÁC DAO ĐỘNG TRONG MỘT SỐ
BÁN DẪN CÓ CẤU TRÚC NANO

Chuyên ngành
Mã số

: Vật lý lý thuyết và vật lý toán
9 44 01 03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS. Đinh Như Thảo

HUẾ, 2019


LèI CAM ƠN

Đe hồn thành đưoc lu¾n án này, tơi xin bày to lòng biet ơn sâu sac
nhat cũng như sn kính

TRQNG

cna mình đen Thay giáo PGS. TS.

Đinh Như Thao. Thay đã trnc tiep hưóng dan và đ%nh hưóng cho tơi
thnc hi¾n cơng trình nghiên cúu này. Thay đã dìu dat tơi trên con
đưịng nghiên cúu khoa

HQ c,

t¾n tình hưóng dan tơi tù phương pháp

làm vi¾c có hi¾u qua, phương pháp nghiên cúu khoa
trong khoa

HQ c,

HQ c,

sn nghiêm túc

đen vi¾c chinh sua cho tơi tùng câu văn, đoan văn

trong lu¾n án. Bên canh đó, Thay cịn truyen đat cho tơi nhung kien
thúc, ky năng và kinh nghi¾m quý báu trong cụng viắc cng nh trong
cuđc song. Luắn ỏn ny l mđt sn kiắn ắc biắt v cú ý ngha lún
oi vói tơi. Trong sn ki¾n ý nghĩa đó tơi đã nh¾n đưoc món q
trân q nhat tù Thay, đó là sn trưong thành hơn trong nghiên cúu
khoa

HQ c

cũng như trong cơng vi¾c giang day cna tơi.

Tơi cũng xin gui lịi cam ơn chân thành đen Thay giáo TS. Lê Quý
Thông và Thay giáo ThS. Lê NGQc Minh. Hai ngưòi Thay kính men, tuy
khơng trnc tiep hưóng dan tơi trong cơng trình nghiên cúu này
nhưng hai Thay ln ln đ®ng viên, khích l¾ và giúp đõ tơi trong
cơng vi¾c cũng như chia se niem vui moi khi tôi đat đưoc ket qua mói.
Xin trân
Đai

HQ c

TRQNG

cam ơn Khoa V¾t lý, Trưịng Đai

HQ c

Sư pham,

Hue, cùng tat ca các Thay Cô trong Khoa đã giang day, giúp

đõ và tao

MQI

đieu ki¾n thu¾n loi trong suot thịi gian tơi

HQ c

t¾p

và nghiên cúu.
Xin chân thành cam ơn Phòng Đào tao Sau đai

3

HQ c,

Trưòng Đai


HQ c

Sư pham, Đai

HQ c

Hue đã tao

MQi

đieu ki¾n thu¾n loi cho tơi trong

vi¾c hồn thành các thn tuc hành chính trong suot q trình

HQ c

t¾p.

Tơi xin gui lịi cam ơn đen tat ca các Thay, các Cô, các anh ch%
em đong nghi¾p trong Khoa V¾t lý, Trưịng Đai
Hue đã tao

MQI

HQ c

Khoa

HQ c,

ai

HQ c

ieu kiắn thuắn loi, giỳp ừ v đng viên tơi trong suot

q trình tơi hQc t¾p, nghiên cúu và cơng tác. Tơi cũng xin gui lịi
cam ơn đen hai ban đong mơn Dương Đình Phưóc và Tran Thi¾n Lân.
Hai ban đã cùng tôi ngoi tai nhung quán cà phê đe cùng nhau tâm sn
và chia se ve nhung khó khăn trong q trình nghiên cúu cũng như
niem vui moi khi đat đưoc m®t ket qua mói.
Cuoi cùng tơi xin dành tat ca sn yêu thương và lòi cam ơn
đen nhung thành viên trong gia đình. Cam ơn bo me đã ln giúp
đõ, tao

MQI

đieu ki¾n tot nhat đe con dâu và con gái yên tâm

t¾p, nghiên cúu khoa

HQ c.

HQ c

Cam ơn chong đã ln ln bên canh giúp

đõ, đ®ng viên, nng h® vo het mình. Me cam ơn hai con Gin, Bin đã
ngoan ngỗn và ln u thương me. Me yêu ba bo con nhieu lam.
Tôi xin chân thành cam ơn tat ca!


LèI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cúu cna riêng tơi. Các

ket qua, so li¾u, đo th% nêu trong lu¾n án là trung thnc và chưa tùng
đưoc ai cơng bo trong bat kỳ m®t cơng trình nào khác.

Tác gia lu¾n án

Lê Th% NGQc Bao


MUC LUC
Lòi cam ơn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

i

Lòi cam đoan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iii

Muc luc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iv

Danh sách các hình ve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xiv

Danh sách các bang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xv

Ma đau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

Chương 1. Cơ sa lý thuyet . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

1.1. Tong quan ve bán dan có cau trúc na-nơ-mét . . . . . . .

10

1.2. Cham lưong tu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

1.2.1. Tong quan ve cham lưong tu bán dan . . . . . . .

12

1.2.2. Hàm sóng và pho năng lưong cna đi¾n tu (lo trong)
trong cham lưong tu hình cau . . . . . . . . . . .

15

1.2.3. Hàm sóng và pho năng lưong cna đi¾n tu (lo trong)
trong cham lưong tu hình ellip . . . . . . . . . . .

19

1.3. Phương pháp mơ phong Monte Carlo t¾p hop tn hop . .

28

1.4. Tong quan phương pháp hàm sóng tái chuan hóa

... .

36

1.5. Ket lu¾n chương 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

Chương 2. Mơ phong đ®ng lNc

hat tai . . . . . . . .

41

2.1. Tong quan tình hình nghiên cúu . . . . . . . . . . . . . .

41

HQC


2.2.

Phương pháp giai phương trình Poisson ba chieu bang
thu¾t tốn BiCGstab(l )..........................................................42

2.3.

Ket qua mơ phong và thao lu¾n...............................................46

2.4.

Ket lu¾n chương 2.....................................................................56

Chương 3. Hi¾u Nng Stark quang

HQC CUA

exciton trong

cham lưang tN ...........................................................................58
3.1.

Tong quan tình hình nghiên cúu hi¾u úng Stark quang

3.2.

Hi¾u úng Stark quang

HQc

HQc

58

cna exciton trong cham lưong

tu hình cau...............................................................................62
3.2.1.

Mơ hình và lý thuyet...................................................62

3.2.2.

Yeu to ma tr¾n cho chuyen dịi quang giua hai múc
năng lưong lưong tu hóa cna đi¾n tu..........................64

3.3.

3.4.

3.2.3.

Hap thu exciton khi khơng có laser bơm.....................67

3.2.4.

Hap thu exciton trong trưịng hop có laser bơm .

3.2.5.

Ket qua tính tốn và thao lu¾n...................................72

Hi¾u úng Stark quang

HQc

trong cham lưong tu hình ellip

69

77

3.3.1.

Mơ hình và lý thuyet...................................................78

3.3.2.

Ket qua tính tốn và thao lu¾n...................................86

Ket lu¾n chương 3.....................................................................91

Chương 4. Hi¾n tưang phách lưang tN cua exciton trong
cham lưang tN...................................................................92
4.1.

Tong quan tình hình nghiên cúu hi¾n tưong phách lưong tu 92

4.2.

Hi¾n tưong phách lưong tu cna exciton trong cham lưong
tu hình cau...............................................................................96
4.2.1.

Mơ hình và lý thuyet...................................................96

4.2.2.

Hàm sóng cna exciton lưõng cnc..................................98


4.3.

4.2.3.

Phách lưong tu cna exciton......................................102

4.2.4.

Ket qua tính tốn và thao lu¾n................................107

Hi¾n tưong phách lưong tu cna exciton trong cham lưong
tu hình ellip...........................................................................112

4.4.

4.3.1.

Mơ hình và lý thuyet.................................................112

4.3.2.

Ket qua tính tốn và thao lu¾n................................120

Ket lu¾n chương 4...................................................................126

Ket lu¾n.....................................................................................127
Danh muc các bài báo đã cơng bo liên quan đen lu¾n án...........130
Tài li¾u tham khao...........................................................................132
Phu luc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

P.1


DANH SÁCH CÁC HÌNH VE

1.1

Minh hQa cham lưong tu hình ellip dang thuan (hình a)
và cham lưong tu hình ellip dang det (hình b).......................21

1.2

Lưu đo mơ phong Monte Carlo t¾p hop tn hop ba chieu
[74]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.3

Lưoc đo đ®ng lnc

HQc

hat tai theo thịi gian trong phương

pháp Monte Carlo t¾p hop. Các đưịng nét lien nam ngang
chi ra quy đao chuyen đ®ng theo thòi gian cna moi hat.
Các đưòng nét đút

DQc

chi ra thòi điem tính tốn. Dau

× trên các đưịng nét lien chi ra thịi điem xay ra sn ki¾n
tán xa [74]................................................................................32
1.4

Gian đo cHQN lna m®t cơ che tán xa [74].................................33

1.5

Sơ đo mơ hình h¾ ba múc. Trong đó kí hi¾u E0 là múc
năng lưong cna lo trong; E1, E2 là các múc năng lưong cna
đi¾n tu; ωp là tan so cna laser bơm; ωt là tan so cna laser
dò và ∆ω là đ lắch tan so cđng hong cna súng bm
vúi
hiắu hai múc năng lưong lưong tu hóa cna đi¾n tu.................37

2.1

Thu¾t tốn BiCGstab(l ) [66].................................................45

2.2

Mơ hình đi-ot p-i-n GaAs [12]..................................................46

2.3

V¾n toc trơi dat cna đi¾n tu theo các phương khác nhau
và v¾n toc trơi dat tồn phan như là hàm cna thịi gian
úng vói đi¾n trưịng ngồi Eex = 100 kV/cm......................49

2.4

V¾n toc trơi dat tồn phan cna đi¾n tu theo thịi gian
úng vói đi¾n trưịng ngồi Eex = 70 kV/cm, Eex = 100
kV/cm
và Eex = 130 kV/cm..............................................................50

2.5

V¾n toc trơi dat tồn phan cna đi¾n tu theo thịi gian
thu đưoc khi su dung thu¾t tốn BiCGstab(5) và
BiCGstab
[6] úng vói đi¾n trưịng ngồi Eex = 100 kV/cm...................50

2.6

Phân bo đi¾n the trong đi-ot p-i-n bán dan GaAs úng
vói đi¾n trưịng ngồi Eex = 100 kV/cm: a) Trong
không gian tai các điem nút trên m¾t cat z = 10 nm. b)
DQc theo truc Ox, y = z = 10 nm trong chương trình
mơ phong có
su dung thu¾t tốn BiCGstab(5) và BiCGstab......................51

2.7

So sánh chuan Euclide cna vectơ th¾ng dư trong trưịng
hop chương trình con Poisson dùng thu¾t tốn
BiCGstab(l )
và thu¾t tốn BiCGstab..........................................................52

2.8

Đo th% bieu dien đ lún cna cỏc thnh phan cna vect
thắng d cna chương trình con Poisson trong hai trưịng
hop dùng thu¾t tốn BiCGstab(l ) và thu¾t tốn BiCGstab. 53

2.9

Thịi gian trung bỡnh trờn mđt lan giai phng trỡnh Poisson theo thuắt tốn BiCGstab và BiCGstab(l ) vói l = 1, 10. 55


3.1

Mơ hình h¾ ba múc: |0) là múc cna lo trong, |1) và |2)
là các múc cna đi¾n tu. a) Chuyen dịi quang giua hai
múc năng lưong cna đi¾n tu dưói tác dung cna laser
bơm có tan so ωp đưoc kí hi¾u boi đưịng mũi tên nét
đút. b) Chuyen dịi quang giua hai múc |0) và |1) dưói
tác dung
cna laser dị có tan so ωt đưoc kí hi¾u boi đưịng mũi tên
cham cham..................................................................................65

3.2

Pho hap thu cna exciton trong cham lưong tu hình cau có
bán kính R = 60 ˚A khi khơng có sóng bơm (đưịng đút
nét) và khi có sóng bm (ũng lien nột) trong trũng
hop đ lắch cna súng bơm vói khoang cách hai múc năng
lưong lưong tu hóa cna đi¾n tu k∆ω = 0 meV....................73

3.3

a) Chuyen dịi tù múc năng lưong cna lo trong lên múc
năng lưong đau tiên cna đi¾n tu khi khơng có sóng bơm
laser. b) Khi có sóng bơm laser c®ng hưong hai múc
năng lưong lưong tu hóa cna đi¾n tu, moi múc năng
lưong cna đi¾n tu đưoc tách thành hai múc con; ton tai
chuyen dòi tù múc năng lưong cna lo trong lên hai múc
con cna múc năng lưong đi¾n tu thú nhat |1+) và |1−)
tuân theo quy
tac

3.4

LQc

lna. .....................................................................................74

Sn phu thu®c cna xác suat hap thu vào tan so khi có
sóng bơm vói các đ lắch cđng hong khỏc nhau k =
0 meV (ũng lien nét), k∆ω = 0.1 meV (đưòng đút
nét)

và k∆ω = 0.3 meV (đưòng cham cham) trong hai

trưòng
hop R = 60 ˚A o hình (a) và R = 40 ˚A o hình (b). .......76


3.5

Pho hap thu cna exciton trong cham lưong tu hình cau
khi có tác dung cna laser bơm trong trưịng hop bán kính
cham R = 60 ˚A như là hàm cna đ lắch cna súng bm
vúi khoang cỏch hai mỳc nng lưong k∆ω và năng lưong
photon kωt.................................................................................. 77

3.6

Pho hap thu cna exciton khi khơng có sóng bơm (đưịng
đút nét màu đo) và khi có sóng bơm (đưịng lien nét màu
xanh) trong trũng hop đ lắch cna súng bm vúi khoang
cỏch hai múc năng lưong lưong tu hóa cna đi¾n tu k∆ω =
0 meV trong hai cham lưong tu hình ellip: a) Dang
thuan;
b) Dang det..............................................................................86

3.7

Sn phu thu®c cna xác suat hap thu vo tan so khi cú
súng bm vúi cỏc đ lắch c®ng hưong khác nhau k∆ω =
0 meV (đưịng lien nét), k∆ω = 0.1 meV (đưòng đút

nét)

và k∆ω = 0.3 meV (đưịng cham cham) trong hai

cham lưong tu hình ellip: dang thuan (hình a) và dang det
(hình
b)..............................................................................................88
3.8

Sn phu thu®c cna xác suat hap thu vào tan so khi có
sóng bơm vói cỏc đ lắch cđng hong khỏc nhau k =
0 meV (đưòng lien nét), k∆ω = 0.1 meV (đưòng đút nét),
k∆ω = 0.3 meV (đưòng cham cham) trong hai cham
lưong tu hình ellip: dang thuan vói χ = 5 (hình a) và
dang det
vói χ = 0.8 (hình b).........................................................89


3.9

Pho hap thu cna exciton khi có tác dung cna laser bm
trong nh l hm cna đ lắch cna súng bơm vói khoang
cách hai múc năng lưong ∆ω và năng lưong photon
kωt
trong hai cham lưong tu hình ellip: dang thuan vói χ = 3.5
(hình a) và dang det vói χ = 0.2 (hình b).........................90

4.1

Mơ hình ba múc năng lưong: a) Sơ đo năng lưong trưóc

khi h¾ có tác dung cna laser bơm: E0 là múc năng lưong
cna lo trong, E1 và E2 là các múc năng lưong cna đi¾n tu.
b) Sơ đo năng lưong khi h¾ ch%u tác dung cna laser bơm
có năng lưong kωp c®ng hưong vói năng lưong cna photon
kω21 = E2 − E1 thì các múc năng lưong ban đau se b%
tách

4.2

+
−
ra thành các múc (E1− , E
E + ) ...............................96
1 ) và (E
2 ,2
Mơ hình ba múc năng lưong cna exciton và sn chuyen dịi:

a) Trưóc khi h¾ ch%u tác dung cna laser bơm: Ω0 là múc

năng lưong tương úng vói trang thái cơ ban cna exciton,
Ω10 và Ω20 là các múc năng lưong kha dĩ tương úng vói
các trang thái kích thích cna exciton. b) Sau khi hắ ch%u
tỏc dung cna laser bm cđng hong vói khoang cách giua
hai múc năng lưong cna đi¾n tu: các múc năng lưong cna
exciton b% tách ra dưói tác dung cna laser bơm; các chuyen
dòi đưoc phép giua các múc Ω0 và Ω−10 , Ωdưói tác

1
0

dung

cna laser dị có tan so ωt đưoc kí hi¾u boi các đưịng nét
đút..........................................................................................101


4.3

Cưịng đ® hap thu phu thu®c thịi gian trong cham
lưong tu hình cau có bán kính R = 50 ˚A khi
khơng có sóng bơm (đưịng đút nét) và khi có súng bm
(ũng lien nột)
trong trũng hop đ lắch cna súng bơm vói khoang cách
hai múc năng lưong k∆ω = 0 meV.......................................108

4.4

Sn phu thu®c cna cưịng đ® hap thu theo thịi gian trong
cham lưong tu hình cau vói các bán kính khác nhau R =
40 ˚A (đưòng đút nét), R = 50 ˚A (đưòng lien nét)
và R = 60 ˚A (đưòng cham cham) trong trũng hop
đ lắch cđng
hong k = 0.1 meV..........................................................109

4.5

Sn phu thu®c cna chu kỳ phách lưong tu theo bán kính
cna cham lưong tu hình cau vói các đ® lắch cđng hong
khỏc nhau k = 0.1 meV (ũng ỳt nét), k∆ω = 0.3
meV (đưòng lien nét) và k∆ω = 0.5 meV (đưịng cham

cham)........................................................................................110

4.6

Sn phu thu®c cna cưịng đ® hap thu theo thịi gian trong
cham lưong tu hình cau có bán kính R = 40 ˚A vói các
giá tr% khác nhau cna đ lắch cđng hong khỏc nhau
k =
0.1 meV (đưòng đút nét), k∆ω = 0.3 meV (đưòng lien
nét) và k∆ω = 0.5 meV (đưịng cham cham).....................111

4.7

Sn phu thu®c cna chu k phỏch long tu vo đ lắch
cđng hong trong cham lưong tu hình cau úng vói các
giá tr% khác nhau cna bán kính R = 40 ˚A (đưịng
đút nét),


R = 50 ˚A (đưòng lien nét) và R = 70 ˚A (đưòng
cham cham)......................................................................111


4.8

Cưịng đ® hap thu phu thu®c thịi gian khi khơng có sóng
bơm (đưịng đút nét) và khi có sóng bơm (ũng lien nột)
vúi đ lắch cna súng bm vúi khoang cách hai múc năng
lưong k∆ω = 0 meV trong hai cham lưong tu hình
ellip:

a) Dang thuan trong trưịng hop χ = b/a = 1, 2. b) Dang

det trong trưòng hop χ = b/a = 0, 2........................121
4.9

Sn phu thu®c cna cưịng đ® hap thu theo thịi gian vói các
ti so χ = b/a khỏc nhau vúi đ lắch cđng hong k =
0.1 meV trong hai cham lưong tu hình ellip: a) Dang thuan
trong các trưòng hop χ = 2; (đưòng lien nét manh), χ =
2.5; (đưòng lien nét to) và χ = 3 (đưòng cham cham). b)
Dang det trong các trưòng hop χ = 0.4; (đưòng lien nét
manh), χ = 0.6; (đưòng lien nét to) và χ = 0.8 (đưòng
cham cham)..............................................................................122

4.10 Sn phu thu®c cna chu kỳ phách lưong tu theo ti so = b/a

vúi cỏc đ lắch cđng hong khác nhau k∆ω = 0.1 meV
(đưòng đút nét), k∆ω = 0.3 meV (đưòng lien nét) và
k∆ω = 0.5 meV (đưòng cham cham) trong hai cham
lưong
tu hình ellip: a) Dang thuan; b) Dang det............................123
4.11 Sn phu thu®c cna cưịng đ® hap thu theo thũi gian vúi

cỏc giỏ tr% đ lắch cđng hưong khác nhau k∆ω = 0.1
meV (đưòng lien nét nho), k∆ω = 0.3 meV (đưòng lien
nét to), k∆ω = 0.5 meV (đưịng cham cham) trong hai
cham
lưong tu hình ellip: a) Dang thuan; b) Dang det..................124

4.12 Sn phu thu®c cna chu kỳ phách lưong tu vo đ lắch

cđng hong k vúi cỏc giỏ tr% khỏc nhau cna ti so χ =
b/a trong hai cham lưong tu hình ellip: a) Dang thuan. b)
Dang det...................................................................................125


DANH SÁCH CÁC BANG

2.1

Các tham so v¾t li¾u.....................................................................47

2.2

Các hang so v¾t lý.....................................................................48

2.3

So phép tính tốn nhân ma tr¾n (MVS), tích nđi
(DOTS) v cắp nhắt vect (AXPYS) cna cỏc lũi giai
phng trình Poisson theo thu¾t tốn BiCGstab,
BiCGstab(l ) vói l =
1, 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55


Me ĐAU

1.

Lý do cHQN đe tài
Ngày nay trong xu the phát trien ve khoa hQc, ky thu¾t và

cơng ngh¾ thì khoa

HQ c

na-nô là lĩnh vnc đang đưoc quan tâm nghiên

cúu vói đoi tưong nghiên cúu là bán dan có cau trúc na-nô-mét [2, 4, 8,
10]. Cau trúc na-nô bán dan là cau trúc bán dan mà kích cõ moi chieu
cna nó vào cõ na-nơ-mét. Cau trúc này có rat nhieu tính chat khác bi¾t
so vói bán dan thơng thưịng. Các tính chat cna cau trúc này có the
thay đoi đưoc bang cách đieu chinh hình dang và kích thưóc cõ na-nơmét cna chúng. Nhị nhung tính chat ưu vi¾t nên cau trúc na-nô bán dan
đưoc úng dung đe làm linh ki¾n cho các thiet b% quang đi¾n tu, làm tăng
toc đ cna cỏc linh kiắn v tao ra cỏc linh ki¾n bán dan có hi¾u năng
cao [48]. Ngồi ra cau trúc na-nơ bán dan cịn có tiem năng úng dung
trong các lĩnh vnc cơng nghi¾p, mơi trưịng và nhieu lĩnh vnc khác
[54, 55]. Các cau trúc na-nô bán dan ket hop vói nhung cơng ngh¾
hi¾n có trong nhieu lĩnh vnc se l đng lnc e cụng nghắ phỏt trien
manh me, góp phan thúc đay vi¾c san xuat, úng dung các thiet b% dõn
dung v cụng nghắ hiắn ai vo cuđc song.
Trong so các cau trúc na-nơ bán dan thì các cau trúc thap chieu là
m®t trong nhung đoi tưong nghiên cúu mang tính thịi sn, thu hút sn
quan tâm cna nhieu nhà v¾t lý lý thuyet và thnc nghi¾m [1, 16, 18, 19,
21, 22]. Cau trúc thap chieu đưoc hình thành khi ta giam kích thưóc
cna
19

cau trúc na-nơ xuong xap xi qng đưịng chuyen đ®ng tn do trung bình
cna hat vi mơ hay cõ bưóc sóng de Broglie cna nó. Khi kích thưóc cna
v¾t ran giam xuong m®t cách đáng ke theo m®t chieu, hai chieu
ho¾c ba chieu thì các tính chat v¾t lý như tính chat cơ, nhi¾t,
đi¾n, tù và quang có the thay đoi m®t cách đ®t ng®t [7]. Các cau
trúc thap chieu bao gom hắ hai chieu-gieng long tu, hắ mđt chieudõy lưong tu và h¾ khơng chieu-cham lưong tu. Vi¾c nghiên cúu tính
chat cna các cau trúc thap chieu đã và đang đưoc tien hành tù
hàng chuc năm trưóc đây và ó thu oc cỏc ket qua vot trđi, ỳng
dung vo

MQi

mắt cna địi song. Thnc te đó đã và đang mo ra

nhung tiem năng úng dung vơ cùng lón trong khoa hQc, qn sn và
địi song [28, 40].
M®t trong nhung cau trúc thap chieu đang nh¾n đưoc nhieu sn quan
tâm nghiên cúu hi¾n nay đó là cham lưong tu [22, 30, 77, 81]. Cham lưong
tu là cau trúc giam giu hat vi mơ trong ca ba chieu khơng gian. Khi kích
thưóc cna cham lưong tu thay đoi se kéo theo cau trúc vùng năng lưong
thay đoi và khoang cách giua các múc năng lưong cũng thay đoi tương
úng. Do năng lưong vùng cam quyet đ%nh bưóc sóng phát xa photon vì
v¾y ta có the kiem sốt bưóc sóng phát xa qua kích thưóc cna
cham lưong tu [26]. Cham lưong tu đưoc úng dung đe che tao các
linh ki¾n đi¾n tu và quang đi¾n tu. Ngồi ra cham lưong tu cịn
đưoc úng dung trong đánh dau sinh

HQ c,

che tao công tac quang

HQ c

và máy tính lưong tu [13].
Bài tốn đ®ng lnc hQc cna hat tai là m®t bài tốn quan

TRQNG

quan đen tính chat cna linh kiắn [65, 67, 72, 73, 74]. đng lnc

HQ c

liên
cna

hat tai chi ra chuyen đ®ng cna hat tai và anh hưong cna các nhân
to bên ngồi như đi¾n trưịng, đ® pha tap lên q trình đó. Chuyen


đ®ng


cna hat tai gan lien vói đ® linh đ®ng cna hat tai và quyet đ%nh
toc đ® hoat đ®ng cna các linh ki¾n. Vi¾c che tao và nghiên cúu
thnc nghi¾m các linh ki¾n bán dan can các máy móc hi¾n đai và chi
phí nghiên cúu rat ton kém. Vì v¾y, vi¾c nghiên cúu ve m¾t lý thuyet
các tính chat cna các linh ki¾n bán dan se cung cap các thơng tin can
thiet, góp phan làm giam đáng ke chi phí cũng như thịi gian, cơng súc
đau tư vào vi¾c che tao các linh ki¾n bán dan có hi¾u năng cao. Bên
canh đó, sn phát trien cna khoa

HQ c

và cơng ngh¾ dan đen u cau tìm

kiem các v¾t li¾u và các linh kiắn múi cú đ ỏp ỳng nhanh tỳc l cú
toc đ® hoat đ®ng cao. Đây là m®t yêu cau búc thiet do các linh ki¾n
đi¾n tu dna trên v¾t li¾u Silic đang ngày tien đen giói han hoat đ®ng
toi đa nên can tìm các loai v¾t li¾u mói và linh ki¾n mói thay the
[48]. Nghiên cúu cho thay rang các linh ki¾n đi¾n tu và quang đi¾n
tu che tao dna trên các cau trúc na-nô bán dan như GaAs, InAs và
ZnO có nhieu tiem năng và can đưoc nghiên cúu, khai thác. Vi¾c nghiên
cúu này vùa có ý nghĩa khoa

HQ c

vùa có ý nghĩa úng dung, đáp úng

yêu cau thnc te, có tính thịi sn.
Trong nhung năm gan đây vói sn phát trien cna các h¾ thong máy
tính có toc đ cnc nhanh, viắc nghiờn cỳu tớnh chat cna cỏc linh ki¾n bán
dan có kích thưóc na-nơ bang các phương pháp mơ phong đã đưoc thnc
hi¾n nhieu [2, 4, 8, 9, 10, 11, 14, 58]. Gan đây nhóm tác gia Leitenstorfer
và c®ng sn đã xuat ban các cơng trình liên quan en viắc o quỏ trỡnh
đng lnc

HQ c

hat tai siờu nhanh trong các đi-ot có cau trúc p-i-n

che tao bang vắt liắu GaAs v InP [48]. Cú mđt vi nhúm tác gia
đã tien hành nghiên cúu lý thuyet quá trình v¾n tai khơng cân
bang cna các hat tai [14, 65, 67] v mđt so tớnh chat quang cna vắt
liắu [63, 64] bang phương pháp Monte Carlo. Vi¾c nghiên cúu này chi


tắp trung vo mđt


so linh kiắn dúi mđt so ieu kiắn bờn ngoi cu the. Ngồi ra đe đơn
gian hóa bài tốn ngưịi ta thưịng su dung các gan đúng, h¾ qua là ket
qua thu đưoc thưịng có sai khác vói thnc nghi¾m. Neu muon su dung
nhung phương pháp có đ® chính xác cao thì lai can phai su dung các h¾
thong máy tính lón và manh. Đong thịi các chương trình tương úng cna
nó lai thưịng rat ton thịi gian thnc hi¾n. Đieu đó dan tói nhu cau can
xây dnng các chương trình mơ phong có kha năng tính tốn chính xác
nhưng cng vựa cú toc đ thnc hiắn nhanh hn.
Bờn canh viắc nghiờn cỳu đng lnc

HQ c

hat tai, cỏc dao đng trong

các cau trúc na-nô bán dan là nhung nhân to có the làm anh hưong đen
chuyen đ®ng cna hat, có the lm tng hoắc giam toc đ chuyen đng cna
hat v thay oi húng hat chuyen đng [28]. Vỡ vắy đe khao sát đay
đn chuyen đ®ng cna hat tai can nghiên cúu ve vai trị cna các dao đ®ng
do chúng là nhân to quyet đ%nh các tính chat đi¾n và quang cna
các linh ki¾n đi¾n tu tương úng [40]. Đã có rat nhieu cơng trình
nghiên cúu ve các dao đ®ng ton tai trong m®t so cau trúc na-nơ

bán dan thơng qua vi¾c nghiên cúu hi¾u úng Stark quang

HQ c

và hi¾n

tưong phách lưong tu, chang han như các cơng trình [15, 18, 19, 22, 27,
29, 30, 36, 37, 42, 61]. Hi¾u úng Stark quang

HQ c

trong các cau trúc

thap chieu đã đưoc quan tâm nghiên cúu ca ve thnc nghi¾m lan lý
thuyet tù năm 1986 cho đen nay [29, 47, 58]. Trong các cơng trình
nghiên cúu này, các tác gia đã su dung các phương pháp khác nhau
như lý thuyet ve đ® cam phi tuyen b¾c ba hay hình thúc lu¾n
hàm sóng tái chuan hóa đe tính tốn xác suat hap thu cna exciton
khi cú súng bm cđng hong v ó nhắn thay rang có sn thay đoi đáng
ke trong pho hap thu m®t photon cna sóng dị [29, 47, 58]. Tuy nhiên,
các cơng trình nghiên cúu ve hi¾u úng này van


còn ton tai nhieu van đe chưa đưoc giai quyet. Đó là các tác gia
chưa giai thích rõ cơ che tách vach quang pho trong pho hap thu cna
exciton, chưa khao sát chi tiet anh hưong cna hi¾u úng kích thưóc lên
pho hap thu cna exciton [29, 47, 58, 19, 62]. Đieu đó dan tói nhu
cau can phai nghiên cúu, khao sát chi tiet hi¾u úng Stark quang
HQ c

cũng như hi¾n tưong phách lưong tu cna exciton trong các cau

trúc thap chieu.
Tóm lai, nghiên cúu đ®ng lnc

HQ c

cna hat tai và các dao đ®ng trong

m®t so cau trúc na-nơ bán dan đã và đang nh¾n đưoc rat nhieu sn quan
tâm cna các nhà nghiên cúu. Tuy nhiên van cịn m®t lóp các bài tốn liên
quan đen các loai linh ki¾n và các dao đ®ng khác nhau cũng như tương
tác giua chúng chưa đưoc khao sát chi tiet. Vì v¾y chúng tơi cHQN hưóng
nghiên cúu cho lu¾n án là: “Nghiên cNu đ®ng lNc

HQC CUA

hat

tai và các dao đ®ng trong m®t so bán dan có cau trúc
nano” . Vói đe tài này chúng tơi hy vQNG rang se đóng góp vào sn
phát trien chung cna lĩnh vnc nghiên cúu này cùng vói cđng ong khoa
HQ c

the giúi.
Trong luắn ỏn ny chỳng tụi t¾p trung nghiên cúu vào hai van

đe chính sau đây. Thú nhat, chúng tơi nghiên cúu đ®ng lnc
cna hat tai, ắc biắt đng lnc

HQ c

HQ c

siờu nhanh cna hat tai bang phương

pháp mơ phong Monte Carlo t¾p hop tn hop trong các đi-ot phát
quang. Tù đó, chúng tơi tìm sn phu thuđc vo thũi gian cna vắn toc v
sn phõn bo đi¾n the trong linh ki¾n úng vói các giá tr% đi¾n trưịng ngồi
khác nhau. Thú hai, chúng tơi nghiên cúu các dao đ®ng cna exciton
trong các cau trúc bán dan thap chieu thơng qua vi¾c nghiên cúu hi¾u
úng Stark quang

HQ c

và hi¾n tưong phách lưong tu cna exciton trong

cham lưong tu bán dan bang phương pháp hàm sóng tái chuan hóa.