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

: Vật lý lý thuyết và vật lý toán

Mã số

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

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

HUẾ, 2019


LIC MèN

ho n th nh ữổc lun Ăn n y, tổi xin b y tọ lặng bit ỡn sƠu sc
nhĐt cụng nhữ sỹ knh trồng ca mnh n Thy giĂo PGS. TS. inh
Nhữ ThÊo. Thy  trỹc tip hữợng dÔn v nh hữợng cho tổi thỹc hiằn
cổng trnh nghiản cứu n y. Thy  du dt tổi trản con ữớng nghiản
cứu khoa hồc, tn tnh hữợng dÔn tổi t phữỡng phĂp l m viằc cõ hiằu
quÊ, phữỡng phĂp nghiản cứu khoa hồc, sỹ nghiảm túc trong khoa hồc,
n viằc chnh sòa cho tổi tng cƠu vôn, on vôn trong lun Ăn. Bản cnh
õ, Thy cặn truyn t cho tổi nhng kin thức, k nông v kinh nghiằm
quỵ bĂu trong cổng viằc cụng nhữ trong cuc sng. Lun Ăn n y
l

mt sỹ kiằn c biằt v cõ ỵ nghắa lợn i vợi tổi. Trong sỹ kiằn ỵ

nghắa õ tổi  nhn ữổc mõn qu trƠn quỵ nhĐt t Thy, õ l sỹ trững
th nh hỡn trong nghiản cứu khoa hồc cụng nhữ trong cổng viằc
giÊng dy ca tổi.
Tổi cụng xin gòi lới cÊm ỡn chƠn th nh n Thy giĂo TS. Lả Quỵ
Thổng v Thy giĂo ThS. Lả Ngồc Minh. Hai ngữới Thy knh mn,
tuy khổng trỹc tip hữợng dÔn tổi trong cổng trnh nghiản cứu n y
những hai Thy luổn luổn ng viản, khch lằ v giúp ù tổi trong
cổng viằc cụng nhữ chia sã nim vui mỉi khi tổi t ữổc kt quÊ mợi.
Xin trƠn trồng cÊm ỡn Khoa Vt lỵ, Trữớng i hồc Sữ phm, i hồc

Hu, cũng tĐt cÊ cĂc Thy Cổ trong Khoa  giÊng dy, giúp ù v to mồi
iu kiằn thun lổi trong sut thới gian tổi hồc tp v nghiản cứu.
Xin chƠn th nh cÊm ỡn Phặng o to Sau i hồc, Trữớng i
i


hồc Sữ phm, i hồc Hu  to mồi iu kiằn thun lổi cho tổi trong viằc
ho n th nh cĂc th tửc h nh chnh trong sut quĂ trnh hồc tp.
Tổi xin gòi lới cÊm ỡn n tĐt cÊ cĂc Thy, cĂc Cổ, cĂc anh ch em
ỗng nghiằp trong Khoa Vt lỵ, Trữớng i hồc Khoa hồc, i hồc Hu  to
mồi iu kiằn thun lổi, giúp ù v ng viản tổi trong sut quĂ trnh tổi
hồc tp, nghiản cứu v cổng tĂc. Tổi cụng xin gòi lới cÊm ỡn n hai bn
ỗng mổn Dữỡng nh Phữợc v Trn Thiằn LƠn. Hai bn  cũng tổi
ngỗi ti nhng quĂn c phả cũng nhau tƠm sỹ v chia sã v nhng
khõ khôn trong quĂ trnh nghiản cứu cụng nhữ nim vui mỉi khi t
ữổc mt kt quÊ mợi.
Cui cũng tổi xin d nh tĐt cÊ sỹ yảu thữỡng v lới cÊm ỡn n
nhng th nh viản trong gia nh. CÊm ỡn b mà Â luổn giúp ù, to
mồi iu kiằn tt nhĐt con dƠu v con gĂi yản tƠm hồc tp, nghiản cứu
khoa hồc. CÊm ỡn chỗng  luổn luổn bản cnh giúp ù, ng viản, ng
h vổ ht mnh. Mà cÊm ỡn hai con Gin, Bin  ngoan ngoÂn v luổn
yảu thữỡng mà. Mà yảu ba b con nhiu lm.
Tổi xin chƠn th nh cÊm ỡn tĐt cÊ!

ii


LI CAM

OAN

Tổi xin cam oan Ơy l cổng trnh nghiản cứu ca riảng tổi. CĂc
kt quÊ, s liằu, ỗ th nảu trong lun Ăn l trung thỹc v chữa tng ữổc ai
cổng b trong bĐt ký mt cổng trnh n o khĂc.

TĂc giÊ lun Ăn

Lả Th Ngồc BÊo

iii


MÖC LÖC
Líi c£m ìn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Líi cam oan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Möc löc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Danh s¡ch c¡c h…nh v‡ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Danh s¡ch c¡c b£ng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mð ƒu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ch֓ng 1.
1.1.

TŒng quan v• b¡n d¤n câ c§u tróc na-næ

1.2.

Ch§m l÷æng tß . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1.
1.2.2.

1.2.3.

1.3.

Ph÷ìng ph¡p mæ phäng Monte Carlo t“p

1.4.

TŒng quan ph÷ìng ph¡p h m sâng t¡i chu

1.5.

K‚t lu“n ch÷ìng 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ch֓ng 2.
2.1.

TŒng quan t…nh h…nh nghi¶n cøu . . .

iv

2.2.

Ph÷ìng ph¡p gi£i ph÷ìng tr…nh Poisson b


thu“t to¡n BiCGstab(l) . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.

K‚t qu£ mæ phäng v th£o lu“n . . . . . . . .

2.4.

K‚t lu“n ch÷ìng 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ch÷ìng 3. Hi»u øng Stark quang håc cıa exciton trong
ch§m l÷æng tß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.

TŒng quan t…nh h…nh nghi¶n cøu hi»u øn

3.2.

Hi»u øng Stark quang håc cıa exciton tro
tß h…nh cƒu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1.

3.2.2. Y‚u tŁ ma tr“n cho chuy”n díi quan

3.2.3.
3.2.4.
3.2.5.
3.3.

Hi»u øng Stark quang håc trong ch§m l÷æ
3.3.1.
3.3.2.

3.4.

K‚t lu“n ch÷ìng 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ch÷ìng 4. Hi»n t÷æng ph¡ch l÷æng tß cıa exciton trong
ch§m l÷æng tß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.

TŒng quan t…nh h…nh nghi¶n cøu hi»n t÷æ

4.2.

Hi»n t÷æng ph¡ch l÷æng tß cıa exciton tr
tß h…nh cƒu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1.
4.2.2.
v

4.2.3.


4.2.4.
4.3. Hi»n t÷æng ph¡ch l÷æng tß cıa exciton trong ch§m l÷æng
tß h…nh ellip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1.
4.3.2.
4.4. K‚t lu“n ch÷ìng 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
K‚t lu“n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Danh möc c¡c b i b¡o ¢ cæng bŁ li¶n quan ‚n lu“n ¡n . . .
T i li»u tham kh£o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phö löc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vi


DANHS CHC CHNHV
1.1 Minh hồa chĐm lữổng tò hnh ellip dng thuÔn (hnh a)
v

chĐm lữổng tò hnh ellip dng dàt (hnh b). . . . . . . 21

1.2 Lữu ỗ mổ phọng Monte Carlo tp hổp tỹ hổp ba chiu
[74]. ............................. 30 1.3 Lữổc ỗ ng lỹc hồc ht tÊi
theo thới gian trong phữỡng
phĂp Monte Carlo tp hổp. CĂc ữớng nt lin nm ngang
ch ra qu o chuyn ng theo thới gian ca mỉi ht. CĂc
ữớng nt ứt dồc ch ra thới im tnh toĂn. DĐu
trản cĂc ữớng nt lin ch ra thới im xÊy ra sỹ kiằn
tĂn x [74]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.4 GiÊn ỗ chồn lỹa mt cỡ ch tĂn x [74]. . . . . .

1.5 Sỡ ỗ mổ hnh hằ ba mức. Trong õ k hiằ

nông lữổng ca lỉ trng; E1; E2 l cĂc mức nô
iằn tò; !p l
dặ v ! l
hiằu hai mức nông lữổng lữổng tò hõa ca
2.1 Thut toĂn BiCGstab(l) [66]. . . . . . . . . . . .

2.2 Mổ hnh i-t p-i-n GaAs [12]. . . . . . . . . .

vii


2.3 Vn tc trổi dt ca

iằn tò theo cĂc phữỡng khĂc nhau

v vn tc trổi dt to n phn nhữ l

h m ca thới gian

ứng vợi iằn trữớng ngo i Eex = 100 kV/cm. . . . . . . .

49

2.4 Vn tc trổi dt to n phn ca iằn tò theo thới gian ứng
vợi iằn trữớng ngo i Eex = 70 kV/cm, Eex = 100 kV/cm
Eex = 130 kV/cm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.5 Vn tc

v

trổi dt to n phn ca iằn tò theo thới gian thu
ữổc khi sò dửng thut toĂn BiCGstab(5) v BiCGstab
[6]

ứng vợi iằn trữớng ngo i Eex = 100 kV/cm. . . . . . 50 2.6

PhƠn b iằn th trong i-t p-i-n bĂn dÔn GaAs ứng vợi
iằn trữớng ngo i Eex = 100 kV/cm: a) Trong khổng gian

ti cĂc im nút trản mt ct z = 10 nm. b) Dồc theo trửc Ox,
y = z = 10 nm trong chữỡng trnh mổ phọng cõ

sò dửng thut toĂn BiCGstab(5) v BiCGstab. . . . . . . 51 2.7
So sĂnh chu'n Euclide ca vectỡ thng dữ trong trữớng
hổp chữỡng trnh con Poisson dũng thut toĂn BiCGstab(l)
v

thut toĂn BiCGstab. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.8 ỗ th

biu din lợn ca cĂc th nh phn ca vectỡ
thng dữ ca chữỡng trnh con Poisson trong hai trữớng
hổp dũng thut toĂn BiCGstab(l) v thut toĂn BiCGstab. 53
2.9 Thới gian trung bnh trản mt ln giÊi phữỡng trnh Poisson theo thut toĂn BiCGstab v BiCGstab(l) vợi l = 1; 10. 55

viii


3.1 Mổ hnh hằ ba mức: j0i l mức ca lỉ trng, j1i v
l

j2i

cĂc mức ca iằn tò. a) Chuyn dới quang gia hai

mức nông lữổng ca iằn tò dữợi tĂc dửng ca laser bỡm
cõ tn s !p ữổc k hiằu bi ữớng mụi tản nt ứt. b)
Chuyn dới quang gia hai mức j0i v j1i dữợi tĂc dửng ca
laser dặ cõ tn s !t ữổc k hiằu bi ữớng mụi tản

chĐm chĐm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2 Ph hĐp thử ca exciton trong chĐm lữổng tò hnh cu
cõ bĂn knh R = 60 A khi khổng cõ sõng bỡm ( ữớng ứt nt)
v khi cõ sõng bỡm ( ữớng lin nt) trong trữớng hổp lằch ca
sõng bỡm vợi khoÊng cĂch hai mức nông lữổng lữổng tò
hõa ca iằn tò ~ ! = 0 meV. . . . . . . 73
3.3 a) Chuyn dới t mức nông lữổng ca lỉ trng lản mức
nông lữổng u tiản ca iằn tò khi khổng cõ sõng bỡm
laser. b) Khi cõ sõng bỡm laser cng hững hai mức nông
lữổng lữổng tò hõa ca iằn tò, mỉi mức nông lữổng ca
iằn tò ữổc tĂch th nh hai mức con; tỗn ti chuyn dới t mức
nông lữổng ca lỉ trng lản hai mức con ca mức nông
lữổng iằn tò thứ nhĐt j1+i v j1 tuƠn theo quy

tc lồc lỹa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.4 Sỹ phử
thuc ca xĂc suĐt hĐp thử v o tn s khi cõ
sõng bỡm vợi cĂc lằch cng hững khĂc nhau ~ ! = 0
meV ( ữớng lin nt), ~ ! = 0:1 meV ( ữớng ứt nt) v ~ ! =
0:3 meV ( ữớng chĐm chĐm) trong hai trữớng
hổp R = 60

ix


3.5 PhŒ h§p thö cıa exciton trong ch§m l÷æng tß h…nh cƒu
khi câ t¡c döng cıa laser bìm trong tr÷íng hæp b¡n k‰nh

ch§m R = 60 A nh÷ l h m cıa º l»ch cıa sâng bìm vîi kho£ng
c¡ch hai møc n«ng l÷æng ~ ! v n«ng l÷æng photon ~!
t.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.6 PhŒ h§p thö cıa exciton khi khæng câ sâng bìm ( ÷íng
øt n†t m u ä) v khi câ sâng bìm ( ÷íng li•n n†t m u xanh)
trong tr÷íng hæp º l»ch cıa sâng bìm vîi kho£ng c¡ch hai
møc n«ng l÷æng l÷æng tß hâa cıa i»n tß ~ ! =

0 meV trong hai ch§m l÷æng tß h…nh ellip: a) D⁄ng thu¤n;
b)

D⁄ng dµt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.7 Sü phö

thuºc cıa x¡c su§t h§p thö v o tƒn sŁ khi câ
sâng bìm vîi c¡c º l»ch cºng h÷ðng kh¡c nhau ~ ! = 0
meV ( ÷íng li•n n†t), ~ ! = 0:1 meV ( ÷íng
v

øt n†t)

~ ! = 0:3 meV ( ÷íng ch§m ch§m) trong hai ch§m l÷æng

tß h…nh ellip: d⁄ng thu¤n (h…nh a) v d⁄ng dµt (h…nh

b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.8 Sü phö thuºc cıa x¡c su§t h§p thö v o tƒn sŁ khi câ
sâng bìm vîi c¡c º l»ch cºng h÷ðng kh¡c nhau ~ ! = 0
meV ( ÷íng li•n n†t), ~ ! = 0:1 meV ( ÷íng øt n†t), ~ ! =
0:3 meV ( ÷íng ch§m ch§m) trong hai ch§m l÷æng tß
h…nh ellip: d⁄ng thu¤n vîi = 5 (h…nh a) v d⁄ng dµt

vîi

= 0:8 (h…nh b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

x

89


3.9 Ph hĐp thử ca exciton khi cõ tĂc dửng ca laser bỡm trong
nhữ l h m ca lằch ca sõng bỡm vợi khoÊng cĂch hai mức
nông lữổng ! v nông lữổng photon ~!t trong hai chĐm
lữổng tò hnh ellip: dng thuÔn vợi = 3:5 (hnh a) v dng
dàt vợi = 0:2 (hnh b). . . . . . . . . 90
4.1 Mổ hnh ba mức nông lữổng: a) Sỡ ỗ nông lữổng trữợc
khi hằ cõ tĂc dửng ca laser bỡm: E0 l mức nông lữổng ca
lỉ trng, E1 v E2 l cĂc mức nông lữổng ca iằn tò.
Sỡ ỗ nông lữổng khi hằ chu tĂc dửng ca laser bỡm cõ

b)

nông lữổng ~!p cng hững vợi nông lữổng ca photon

~!21 = E2

E1 th cĂc mức nông lữổng ban u s b tĂch
+

+

ra th nh cĂc mức (E1 ; E1 ) v (E2 ; E2 ). . . . . . . . . .

96

4.2 Mổ hnh ba mức nông lữổng ca exciton v sỹ chuyn dới:
Trữợc khi hằ chu tĂc dửng ca laser bỡm:

a)

0

l mức

nông lữổng tữỡng ứng vợi trng thĂi cỡ bÊn ca exciton,
10

v

20

l cĂc mức nông lữổng khÊ dắ tữỡng ứng vợi cĂc

trng thĂi kch thch ca exciton. b) Sau khi hằ chu tĂc
dửng ca laser bỡm cng hững vợi khoÊng cĂch gia hai
mức nông lữổng ca iằn tò: cĂc mức nông lữổng ca
exciton b tĂch ra dữợi tĂc dửng ca laser bỡm; cĂc chuyn

dới ữổc php gia cĂc mức

0 v 10,

+

10

dữợi tĂc dửng

ca laser dặ cõ tn s !t ữổc k hiằu bi cĂc
ứt.

.............................

xi

ữớng nt
101


4.3 C÷íng º h§p thö phö thuºc thíi gian trong ch§m l÷æng
tß h…nh cƒu câ b¡n k‰nh R = 50 A khi khæng câ sâng
bìm ( ÷íng øt n†t) v khi câ sâng bìm ( ÷íng li•n n†t) trong
tr÷íng hæp º l»ch cıa sâng bìm vîi kho£ng c¡ch

hai møc n«ng l÷æng ~ ! = 0 meV. . . . . . . . . . . . .

108

4.4 Sü phö thuºc cıa c÷íng º h§p thö theo thíi gian trong
ch§m l÷æng tß h…nh cƒu vîi c¡c b¡n k‰nh kh¡c nhau R =
40 A ( ÷íng øt n†t), R = 50

60 A ( ÷íng ch§m ch§m) trong tr÷íng hæp º l»ch
h÷ðng ~ ! = 0:1 meV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.5 Sü
phö thuºc cıa chu ký ph¡ch l÷æng tß theo b¡n k‰nh
cıa ch§m l÷æng tß h…nh cƒu vîi c¡c º l»ch cºng h÷ðng
kh¡c nhau ~ ! = 0:1 meV ( ÷íng øt n†t), ~ ! = 0:3 meV
( ÷íng li•n n†t) v ~ ! = 0:5 meV ( ÷íng ch§m
ch§m). . . . . . . . . . . . . .
4.6 Sü phö thuºc cıa c÷íng º h§p thö theo thíi gian trong
ch§m l÷æng tß h…nh cƒu câ b¡n k‰nh R = 40 A vîi c¡c gi¡
trà kh¡c nhau cıa º l»ch cºng h÷ðng kh¡c nhau ~ ! =
0:1 meV ( ÷íng øt n†t), ~ ! = 0:3 meV ( ÷íng li•n
n†t) v ~ ! = 0:5 meV ( ÷íng ch§m ch§m). . . . . . . .
4.7 Sü phö thuºc cıa chu ký ph¡ch l÷æng tß v o º l»ch cºng
h÷ðng ! trong ch§m l÷æng tß h…nh cƒu øng vîi c¡c gi¡
trà kh¡c nhau cıa b¡n k‰nh R = 40 A ( ÷íng øt n†t),
R = 50 A ( ÷íng li•n n†t) v
ch§m). . . . . . . . . . . . . .

xii


4.8 C÷íng º h§p thö phö thuºc thíi gian khi khæng câ sâng
bìm ( ÷íng øt n†t) v khi câ sâng bìm ( ÷íng li•n n†t) vîi º
l»ch cıa sâng bìm vîi kho£ng c¡ch hai møc n«ng l÷æng
~ ! = 0 meV trong hai ch§m l÷æng tß h…nh ellip: a)
D⁄ng thu¤n trong tr÷íng hæp = b=a = 1; 2. b) D⁄ng

dµt trong tr÷íng hæp = b=a = 0; 2. . . . . . . . . . . . 121 4.9 Sü
phö thuºc cıa c÷íng º h§p thö theo thíi gian vîi c¡c
t¿ sŁ = b=a kh¡c nhau vîi º l»ch cºng h÷ðng ~ ! = 0:1

meV trong hai ch§m l÷æng tß h…nh ellip: a) D⁄ng
thu¤n trong c¡c tr÷íng hæp = 2; ( ÷íng li•n n†t m£nh), =
2:5; ( ÷íng li•n n†t to) v = 3 ( ÷íng ch§m ch§m). b)
D⁄ng dµt trong c¡c tr÷íng hæp

= 0:4; ( ÷íng li•n n†t

m£nh), = 0:6; ( ÷íng li•n n†t to) v = 0:8 ( ÷íng ch§m
ch§m). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.10 Sü phö thuºc cıa chu ký ph¡ch l÷æng tß theo t¿ sŁ =
b=a vîi c¡c º l»ch cºng h÷ðng kh¡c nhau ~ ! = 0:1 meV
( ÷íng øt n†t), ~ ! = 0:3 meV ( ÷íng li•n n†t) v ~ ! = 0:5
meV ( ÷íng ch§m ch§m) trong hai ch§m l÷æng
tß h…nh ellip: a) D⁄ng thu¤n; b) D⁄ng dµt. . . . . . . . . 123 4.11
Sü phö thuºc cıa c÷íng º h§p thö theo thíi gian vîi
c¡c gi¡ trà º l»ch cºng h÷ðng kh¡c nhau ~ ! = 0:1 meV
( ÷íng li•n n†t nhä), ~ ! = 0:3 meV ( ÷íng li•n n†t
to), ~ ! = 0:5 meV ( ÷íng ch§m ch§m) trong hai ch§m
l÷æng tß h…nh ellip: a) D⁄ng thu¤n; b) D⁄ng dµt. . . . . .

124


xiii


4.12 Sü phö thuºc cıa chu ký ph¡ch l÷æng tß v o º l»ch cºng
h÷ðng ~ ! vîi c¡c gi¡ trà kh¡c nhau cıa t¿ sŁ = b=a trong
hai ch§m l÷æng tß h…nh ellip: a) D⁄ng thu¤n. b)
D⁄ng dµt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xiv

125


DANHS CHC CB NG
2.1 C¡c tham sŁ v“t li»u. . . . . . . . . . .

2.2 C¡c h‹ng sŁ v“t lþ. . . . . . . . . . . . . .

2.3 SŁ ph†p t‰nh to¡n nh¥n ma tr“n (M

v c“p nh“t vectì (AXPYS) cıa c¡c lí
Poisson theo thu“t to¡n BiCGstab,
1;10. ............................

xv


M U

1. Lỵ do chồn

ti

Ng y nay trong xu th phĂt trin v khoa hồc, k thut v cổng
nghằ th khoa hồc na-nổ l lắnh vỹc ang ữổc quan tƠm nghiản
cứu vợi i tữổng nghiản cứu l bĂn dÔn cõ cĐu trúc na-nổ-mt [2, 4,
8, 10]. CĐu trúc na-nổ bĂn dÔn l cĐu trúc bĂn dÔn m kch cù mỉi

chiu ca nõ v o cù na-nổ-mt. CĐu trúc n y cõ rĐt nhiu tnh chĐt
khĂc biằt so vợi bĂn dÔn thổng thữớng. CĂc tnh chĐt ca cĐu trúc n y
cõ th thay i ữổc bng cĂch iu chnh hnh dng v kch thữợc cù
na-nổ-mt ca chúng. Nhớ nhng tnh chĐt ữu viằt nản cĐu trúc
na-nổ bĂn dÔn ữổc ứng dửng l m linh kiằn cho cĂc thit b quang
iằn tò, l m tông tc ca cĂc linh kiằn v to ra cĂc linh kiằn bĂn dÔn cõ
hiằu nông cao [48]. Ngo i ra cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn cặn cõ tim
nông ứng dửng trong cĂc lắnh vỹc cổng nghiằp, mổi trữớng v nhiu
lắnh vỹc khĂc [54, 55]. CĂc cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn kt hổp vợi
nhng cổng nghằ hiằn cõ trong nhiu lắnh vỹc s l ng lỹc cổng
nghằ phĂt trin mnh m, gõp phn thúc 'y viằc sÊn xuĐt, ứng dửng
cĂc thit b dƠn dửng v cổng nghằ hiằn i v o cuc sng.
Trong s cĂc cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn th cĂc cĐu trúc thĐp chiu l
mt trong nhng i tữổng nghiản cứu mang tnh thới sỹ, thu hút sỹ
quan tƠm ca nhiu nh vt lỵ lỵ thuyt v thỹc nghiằm [1, 16, 18, 19, 21,
22]. CĐu trúc thĐp chiu ữổc hnh th nh khi ta giÊm kch thữợc ca
1


cĐu trúc na-nổ xung xĐp x quÂng ữớng chuyn ng tỹ do trung b
nh ca ht vi mổ hay cù bữợc sõng de Broglie ca nõ. Khi kch thữợc
ca vt rn giÊm xung mt cĂch Ăng k theo mt chiu, hai chiu hoc
ba chiu th cĂc tnh chĐt vt lỵ nhữ tnh chĐt cỡ, nhiằt, iằn, t v
quang cõ th thay i mt cĂch t ngt [7]. CĂc cĐu trúc thĐp chiu bao
gỗm hằ hai chiu-ging lữổng tò, hằ mt chiu-dƠy lữổng tò v hằ
khổng chiu-chĐm lữổng tò. Viằc nghiản cứu tnh chĐt ca cĂc cĐu
trúc thĐp chiu  v ang ữổc tin h nh t h ng chửc nôm trữợc Ơy v Â
thu ữổc cĂc kt quÊ vữổt tri, ứng dửng v o mồi mt ca ới sng. Thỹc
t õ Â v ang m ra nhng tim nông ứng dửng vổ cũng lợn trong
khoa hồc, quƠn sỹ v ới sng [28, 40].

Mt trong nhng cĐu trúc thĐp chiu ang nhn ữổc nhiu sỹ
quan tƠm nghiản cứu hiằn nay õ l chĐm lữổng tò [22, 30, 77, 81].
ChĐm lữổng tò l cĐu trúc giam gi ht vi mổ trong cÊ ba chiu
khổng gian. Khi kch thữợc ca chĐm lữổng tò thay i s ko theo
cĐu trúc vũng nông lữổng thay i v khoÊng cĂch gia cĂc mức
nông lữổng cụng thay i tữỡng ứng. Do nông lữổng vũng cĐm quyt
nh bữợc sõng phĂt x photon v vy ta cõ th kim soĂt bữợc sõng
phĂt x qua kch thữợc ca chĐm lữổng tò [26]. ChĐm lữổng tò ữổc
ứng dửng ch to cĂc linh kiằn iằn tò v quang iằn tò. Ngo i ra chĐm
lữổng tò cặn ữổc ứng dửng trong Ănh dĐu sinh hồc, ch to cổng
tc quang hồc v mĂy tnh lữổng tò [13].
B

i toĂn ng lỹc hồc ca ht tÊi l mt b i toĂn quan trồng liản quan

n tnh chĐt ca linh kiằn [65, 67, 72, 73, 74]. ng lỹc hồc ca ht tÊi
ch ra chuyn ng ca ht tÊi v Ênh hững ca cĂc nhƠn t bản ngo i
nhữ iằn trữớng, pha tp lản quĂ trnh õ. Chuyn ng
2


ca ht tÊi gn lin vợi linh ng ca ht tÊi v quyt nh tc hot ng ca
cĂc linh kiằn. Viằc ch to v nghiản cứu thỹc nghiằm cĂc linh kiằn bĂn
dÔn cn cĂc mĂy mõc hiằn i v chi ph nghiản cứu rĐt tn km. V
vy, viằc nghiản cứu v mt lỵ thuyt cĂc tnh chĐt ca cĂc linh kiằn
bĂn dÔn s cung cĐp cĂc thổng tin cn thit, gõp phn l m giÊm Ăng
k chi ph cụng nhữ thới gian, cổng sức u tữ v o viằc ch to cĂc linh
kiằn bĂn dÔn cõ hiằu nông cao. Bản cnh õ, sỹ phĂt trin ca khoa hồc
v cổng nghằ dÔn n yảu cu tm kim cĂc vt liằu v cĂc linh kiằn mợi
cõ Ăp ứng nhanh tức l cõ tc hot ng cao. Ơy l mt yảu cu bức

thit do cĂc linh kiằn iằn tò dỹa trản vt liằu Silic ang ng y tin n giợi
hn hot ng ti a nản cn tm cĂc loi vt liằu mợi v linh kiằn mợi thay
th [48]. Nghiản cứu cho thĐy rng cĂc linh kiằn iằn tò v quang iằn tò
ch to dỹa trản cĂc cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn nhữ GaAs, InAs v ZnO
cõ nhiu tim nông v cn ữổc nghiản cứu, khai thĂc. Viằc nghiản cứu
n y va cõ ỵ nghắa khoa hồc va cõ ỵ nghắa ứng dửng, Ăp ứng yảu
cu thỹc t, cõ tnh thới sỹ.
Trong nhng nôm gn Ơy vợi sỹ phĂt trin ca cĂc hằ thng mĂy t
nh cõ tc cỹc nhanh, viằc nghiản cứu tnh chĐt ca cĂc linh kiằn
bĂn dÔn cõ kch thữợc na-nổ bng cĂc phữỡng phĂp mổ phọng  ữổc
thỹc hiằn nhiu [2, 4, 8, 9, 10, 11, 14, 58]. Gn Ơy nhõm tĂc giÊ
Leitenstorfer v cng sỹ Â xuĐt bÊn cĂc cổng trnh liản quan n viằc o
quĂ trnh ng lỹc hồc ht tÊi siảu nhanh trong cĂc i-t cõ cĐu trúc p-i-n
ch to bng vt liằu GaAs v InP [48]. Cõ mt v i nhõm tĂc giÊ Â tin h nh
nghiản cứu lỵ thuyt quĂ trnh vn tÊi khổng cƠn bng ca cĂc ht tÊi
[14, 65, 67] v mt s tnh chĐt quang ca vt liằu [63, 64] bng phữỡng
phĂp Monte Carlo. Viằc nghiản cứu n y ch tp trung v o mt
3


s linh kiằn dữợi mt s iu kiằn bản ngo i cử th. Ngo i ra ỡn giÊn
hõa b i toĂn ngữới ta thữớng sò dửng cĂc gn úng, hằ quÊ l kt quÊ thu
ữổc thữớng cõ sai khĂc vợi thỹc nghiằm. Nu mun sò dửng nhng
phữỡng phĂp cõ chnh xĂc cao th li cn phÊi sò dửng cĂc hằ
thng mĂy tnh lợn v mnh. ỗng thới cĂc chữỡng trnh tữỡng ứng ca
nõ li thữớng rĐt tn thới gian thỹc hiằn. iu õ dÔn tợi nhu cu cn xƠy
dỹng cĂc chữỡng trnh mổ phọng cõ khÊ nông tnh toĂn chnh
xĂc những cụng va cõ tc thỹc hiằn nhanh hỡn.
Bản cnh viằc nghiản cứu ng lỹc hồc ht tÊi, cĂc dao ng trong cĂc
cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn l nhng nhƠn t cõ th l m Ênh hững n

chuyn ng ca ht, cõ th l m tông hoc giÊm tc chuyn ng ca ht v
thay i hữợng ht chuyn ng [28]. V vy khÊo sĂt y chuyn ng ca
ht tÊi cn nghiản cứu v vai trặ ca cĂc dao ng do chúng l nhƠn t
quyt nh cĂc tnh chĐt iằn v quang ca cĂc linh kiằn iằn tò tữỡng ứng
[40]. Â cõ rĐt nhiu cổng trnh nghiản cứu v cĂc dao ng tỗn ti trong
mt s cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn thổng qua viằc nghiản cứu hiằu ứng
Stark quang hồc v hiằn tữổng phĂch lữổng tò, chflng hn nhữ cĂc
cổng trnh [15, 18, 19, 22, 27, 29, 30, 36, 37, 42, 61]. Hiằu ứng Stark
quang hồc trong cĂc cĐu trúc thĐp chiu  ữổc quan tƠm nghiản cứu cÊ
v thỹc nghiằm lÔn lỵ thuyt t nôm 1986 cho n nay [29, 47, 58]. Trong
cĂc cổng trnh nghiản cứu n y, cĂc tĂc giÊ Â sò dửng cĂc phữỡng phĂp
khĂc nhau nhữ lỵ thuyt v cÊm phi tuyn bc ba hay hnh thức lun h
m sõng tĂi chu'n hõa tnh toĂn xĂc suĐt hĐp thử ca exciton khi cõ
sõng bỡm cng hững v  nhn thĐy rng cõ sỹ thay i Ăng k trong
ph hĐp thử mt photon ca sõng dặ [29, 47, 58]. Tuy nhiản, cĂc
cổng trnh nghiản cứu v hiằu ứng n y vÔn
4


cặn tỗn ti nhiu vĐn chữa ữổc giÊi quyt. õ l cĂc tĂc giÊ chữa giÊi th
ch rê cỡ ch tĂch vch quang ph trong ph hĐp thử ca exciton,
chữa khÊo sĂt chi tit Ênh hững ca hiằu ứng kch thữợc lản ph
hĐp thử ca exciton [29, 47, 58, 19, 62]. iu õ dÔn tợi nhu cu cn
phÊi nghiản cứu, khÊo sĂt chi tit hiằu ứng Stark quang hồc cụng nhữ
hiằn tữổng phĂch lữổng tò ca exciton trong cĂc cĐu trúc thĐp chiu.
Tõm li, nghiản cứu ng lỹc hồc ca ht tÊi v cĂc dao ng trong mt
s cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn  v ang nhn ữổc rĐt nhiu sỹ quan tƠm
ca cĂc nh nghiản cứu. Tuy nhiản vÔn cặn mt lợp cĂc b i toĂn liản
quan n cĂc loi linh kiằn v cĂc dao ng khĂc nhau cụng nhữ tữỡng tĂc
gia chúng chữa ữổc khÊo sĂt chi tit. V vy chúng tổi chồn hữợng

nghiản cứu cho lun Ăn l : Nghiản cứu ng lỹc hồc ca ht tÊi v cĂc dao
ng trong mt s bĂn dÔn cõ cĐu trúc nano . Vợi t i n y chúng tổi hy
vồng rng s õng gõp v o sỹ phĂt trin chung ca lắnh vỹc nghiản
cứu n y cũng vợi cng ỗng khoa hồc th giợi.
Trong lun Ăn n y chúng tổi tp trung nghiản cứu v o hai vĐn ch
nh sau Ơy. Thứ nhĐt, chúng tổi nghiản cứu ng lỹc hồc ca ht tÊi, c
biằt ng lỹc hồc siảu nhanh ca ht tÊi bng phữỡng phĂp mổ phọng
Monte Carlo tp hổp tỹ hổp trong cĂc i-t phĂt quang. T õ, chúng tổi
tm sỹ phử thuc v o thới gian ca vn tc v sỹ phƠn b iằn th trong
linh kiằn ứng vợi cĂc giĂ tr iằn trữớng ngo i khĂc nhau. Thứ hai, chúng
tổi nghiản cứu cĂc dao ng ca exciton trong cĂc cĐu trúc bĂn dÔn thĐp
chiu thổng qua viằc nghiản cứu hiằu ứng Stark quang hồc
v

hiằn tữổng phĂch lữổng tò ca exciton trong chĐm lữổng tò bĂn

dÔn bng phữỡng phĂp h m sõng tĂi chu'n hõa.

5


2. Mửc tiảu nghiản cứu
Mửc tiảu chung ca lun Ăn l nghiản cứu ng lỹc hồc siảu nhanh
ca cĂc ht tÊi quang v khÊo sĂt ữổc mt v i dao ng trong mt s bĂn
dÔn cõ cĐu trúc na-nổ. Mửc tiảu n y ữổc trin khai th nh cĂc mửc
tiảu cử th nhữ sau:
-

Nghiản cứu ữổc ng lỹc hồc siảu nhanh ca ht tÊi quang trong

mt s bĂn dÔn cõ cĐu trúc na-nổ dữợi tĂc dửng ca iằn trữớng ngo i
trong khoÊng thới gian cỹc ngn bng phữỡng phĂp mổ phọng Monte
Carlo tp hổp tỹ hổp; T õ tm sỹ phử thuc v o thới gian ca vn tc
v sỹ phƠn b iằn th trong linh kiằn ứng vợi cĂc giĂ tr iằn trữớng ngo i
khĂc nhau.
-

KhÊo sĂt ữổc cĂc c tnh ca cĂc dao ng trong mt s cĐu

trúc bĂn dÔn thĐp chiu thổng qua viằc nghiản cứu hiằu ứng Stark
quang hồc v hiằn tữổng phĂch lữổng tò ca exciton trong cĂc cĐu
trúc n y bng phữỡng phĂp h m sõng tĂi chu'n hõa; T õ ch ra ữổc
nguyản nhƠn sinh dao ng v chu ký ca dao ng.

3. Ni dung nghiản cứu v phm vi nghiản cứu
Vợi mửc tiảu  ra nhữ trản, trong lun Ăn n y chúng tổi tp trung
nghiản cứu v o ba ni dung chnh sau Ơy:
-

Thứ nhĐt, nghiản cứu ng lỹc hồc ca ht tÊi, c biằt ng lỹc hồc

siảu nhanh ca ht tÊi bng phữỡng phĂp mổ phọng Monte Carlo tp
hổp tỹ hổp trong cĐu trúc i-t phĂt quang;
-

Thứ hai, nghiản cứu hiằu ứng Stark quang hồc ca exciton trong

chĐm lữổng tò bĂn dÔn bng phữỡng phĂp h m sõng tĂi chu'n hõa;

6

-

Thứ ba, nghiản cứu hiằn tữổng phĂch lữổng tò ca exciton trong

chĐm lữổng tò bĂn dÔn bng phữỡng phĂp h m sõng tĂi chu'n hõa.

Lun Ăn ch giợi hn nghiản cứu ng lỹc hồc ca ht tÊi trong cĐu
trúc i-t phĂt quang. Lun Ăn tp trung nghiản cứu hiằu ứng Stark
quang hồc, hiằn tữổng phĂch lữổng tò ca exciton trong cĐu trúc
chĐm lữổng tò. i vợi cĐu trúc chĐm lữổng tò lun Ăn ch giợi hn
nghiản cứu loi th cõ h ng r o th cao vổ hn.

4.

Phữỡng phĂp nghiản cứu
ữa ra ữổc cĂc biu thức giÊi tch v ỗ th trong lun Ăn, chúng

tổi  sò dửng cĂc phữỡng phĂp sau:
-

Phữỡng phĂp h m sõng tĂi chu'n hõa v lỵ thuyt ca cỡ hồc lữổng

tò nõi chung;

5.

-

Phữỡng phĂp mổ phọng Monte Carlo tp hổp tỹ hổp;

-

CĂc phữỡng phĂp tnh s.

ị nghắa khoa hồc v thỹc tin ca t i
Nhng kt quÊ thu ữổc ca t i

v
v

õng gõp mt phn quan trồng

o viằc nghiản cứu cĂc tnh chĐt quang ca cĂc cĐu trúc na-nổ bĂn dÔn

cĂc cĐu trúc bĂn dÔn thĐp chiu. Lun Ăn  xuĐt ữổc phữỡng phĂp

h m sõng tĂi chu'n hõa nghiản cứu ph hĐp thử exciton trong
chĐm lữổng tò bĂn dÔn dữợi tĂc dửng ca iằn trữớng ngo i cõ cữớng
mnh. Ngo i ra, kt quÊ ca lun Ăn cặn cõ vai trặ nh hữợng, cung
cĐp thổng tin, l m cỡ s cho vt lỵ thỹc nghiằm trong viằc tnh toĂn,
ch to cĂc thit b quang iằn tò.

7