Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam cầm điện tử và phonon lên các hiệu ứng cao tần gây bởi trường sống điện từ trong các hệ bán dẫn một chiều và hai chiều (siêu mạng, hố lượng tử, dây lượng tử)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
ịẾm ịỊ mị ÊmịÊm

»Ị* ^

»ĩ» ^

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam cầm điện tử và
phonon lên các hiệu ứng cao tần gây bởi trường sóng
điện
từ trongo các hệ• bán dẫn một
chiều và hai chiều
•
•
(siêu mạng, hố lượng tử, dây lưọng tử).

Mã số: QG-09.02

CHỦ TRÌ ĐÊ TÀI

HÀ N Ộ I-2 0 1 1

: GS.TS. NGUYỄN QUANG BÁU


ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI
HỌC
KHOA HỌC
T ự• NHIÊN

•
•
•
VTt «X«

*T»

#Ỵ*

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam cầm điện tử
và phonon lên các hiệu ứng cao tần gây bởi trường
sóng điện từ trong các hệ bán dẫn một chiều và hai
chiều (siêu mạng, hố lượng tử, dây lượng tử).

Mã số: QG-09.02

CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI

: GS.TS. NGUYÊN QUANG BÁU

CÁC CÁN BỘ THAM GIA:

PGS.TS.Nguyễn Vũ Nhân,TS.Lương VănTùng,Th.S.NCS.Hoàng Đình Triển,Th.S.-NCS.Nguyễn Văn Hiếu,Th.S.NCS.Lê Thái Hưng,Th.S.-NCS.Đỗ Mạnh Hùng,Th.S.NCS.Nguyễn Thị Thanh Nhàn, CN.Nguyễn Đình Nam.

HÀ NỘI - 2011
1


Báo cáo tóm tắt
a) Tên đề tài:

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự giam cầm điện tử và phonon
lên các hiệu ứng cao tần gây bửi trường sóng điện từ trong các hệ
bán dẫn một chiều và hai chiều (siêu mạng, hố lượng tử, dây
lượng tử).

MÃ SÒ:

QG-09.02
b) Người chủ trì:
GS.TS. Nguyễn Quang Báu.
Khoa Vật lý,Đại học Khoa học Tự nhiên ( Đ H Q G H N ).
Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
SỐ điện thoại:(04)7626547
c) Các cán bộ tham gia:
PG S.TS.N guyễn V u N hân,TS.Lương Văn Tùng,Th.S.-N CS.H oàng Đình
Triển,Th.sT-NCS.Nguyễn Văn H iếu/rh.S.-N C S.L ê Thái H ưng,Th.S.-N CS.Đỗ
M ạnh Hùng,Th.S.-NCS.Nguyễn Thị Thanh Nhàn, CN .N guyễn Đình Nam.

d) Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong bán dẫn
một chiêu và hai chiêu ( siêu mạng , hô lượng tử ,dây lượng tử ) với các dạng
thế giam cầm khác nhau ( có kể đến sự giam cầm của phonon ), và dưới ảnh
hưởng của từ trường.
- Nghiên cứu biến đổi tham số £Ìữa phonon âm giam cầm và phonon quang
giam cầm trong bán dẫn m ột chiều và hai chiều ( siêu m ạng , hố lượng tử ,dây
lượng t ử ) với các dạng thế giam cầm khác nhau.

2

- Nghiên cứu cộng hưởng tham số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang
giam cầm trong bán dẫn m ột chiêu và hai chiêu ( siêu m ạng , hô lượng tử ,dây
lượng t ử ) với các dạng thế giam cầm khác nhau.
Tính chất, phương pháp luận và sư phạm cao của các kết quả nghiên cứu mới
thuộc Đề tài cũng góp phần quan trọng vào sự nghiệp đào tạo Đại học, Sau đại
học và xây dựng đội ngũ các nhà khoa học công nghệ tiến tiến cho đất nước.
e) Các kết quả đạt được: 16 công trình đã công bố trên các tạp chí khoa học và
hội nghị khoa học:
+ công bố trên các tạp chí khoa học Quốc tế: 02 bài
+ công bô trên các tạp chí khoa học Quốc gia: 05 bài
+ báo cáo ở Hội nghị Vật lý Quốc Tế: 03 báo cáo
+ báo cáo khoa học ở Hội nghị khoa học Vật lý trong nước: 05 báo cáo
+đã hoàn thành gửi đăng trên các tạp chí khoa học: 01(J.Communication in
Physics)
1. Các công trình đã công bố trên các tạp chí khoa học Quốc tế: (2 bài)
1. N guyen Quang Bau and Hoang Dinh Trien , " The N onlinear A psorption
Coefficient o f Strong Electrom agnetic W aves Caused by Electrons Confined in
Quantum W ires " , Journal o f the Korean Physical Society ( ISSN 0374-4884
,Online ISSN 1976-8524 ) , Vol.56 ,No 1 ,pp. 120-127 (2010).

2. N .Q .Bau , L.T.H ung and N .D.Nam
The N onlinear A psorption Coefficient
o f Strong Electrom agnetic W aves by Confined Electrons in Quantum W ells
U nder the Influences o f Confined Phonons " , Journal o f Electrom agnetic
W aves and Applications ( ISSN 0920-5071 ,Online ISSN 1569-3937 ) ,Vol. 24
,No 1 3 ,pp. 1751-1761 ( 2 0 1 0 ) .

2. Các công trình đả công bô trên các tạp chí khoa học Quốc gia: (5 bàì)
1. Nguyen Vu Nhan , Nguyen Dinh Nam . Parametric resonananc o f acoustic

phonons and optical phonons in the system of confined electrons - phonons in
quantum wells. Tạp Chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 1 , tr.51
(2009)
2. Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau. Study absorption coefficient o f an
electromagnetic wave with weak amplitude and high frequency in Quantum Wells.
Tạp Chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 2 , tr.57 (2009)

3


3. Hoang Dinh Trien, Nguyen Vu Nhan , Do Manh Hung ,Nguyen Quang Bau. The
dependence o f the Parametric transformation coefficient o f acoustic phonons and
optical phonons in doped superlattices on concentration o f impurities . VNU Journal o f Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N2 ,pp. 123-128(2009)
4. N guyen Quang Bau , N guyen Van Hieu , N guyen Thi Thanh Huyen ,N guyen
Dinh N am and Tran Cong Phong , " The A coustom agnetoelectric Effect in a
Superlattice " VNU -Journal o f Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N3 ,pp. 131136(2009)
5.Nguyen Quang Bau , N guyen V an Hieu , N guyen Thi Thuy and Tran Cong
Phong , " The N onlinear A coustoelectric Effect in a Superlattice " , J.
Com m unications in Physics , Vol. 20 ,N 3 ,pp.249-254 (2010).
3. Các báo cáo khoa học tại các Hội nghị: (8 báo cáo)
- 5 báo cáo khoa học ở Hội nghị khoa học Vật lý trong nước:
1. Le Thai Hung, Nguyen Duc Thang , Nguyen Thi Ha Thu , Nguyen Vu Nhan,
Nguyen Quang Bau. The effect o f confined Phonon on the Nonlinear absorption
coefficient o f strong electromagnetic waves by confined electrons in compositional
Superlattices and Doped Superlattices . The 34th National Conference on
Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
2. Hoang Dinh Trien, Nguyen Quang Bau . The nonlinear absorption coefficient
o f a strong electromagnetic wave coused by confined electrons in cilindrical
quantum wires with parabolic potential. The 34th National Conference on
Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.

3. Nguyen Van Nghia, Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau . The
Acoustomagnetoelectric effect in Quantum Wires. The 34th National Conference
on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
4. Nguyen Quang Bau , Nguyen Van Hieu ,Nguyen Thi Thuy , Tran Cong Phong
. The Nonlinear Acoustoelectric effect in a Superlattices . The 34th National
Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
5.Do M anh H ung ,N guyen Quang Bau and N guyen Van H ieu , " The Influence
o f an external M agnetic field on The N onlinear Apsorption C oefficient o f A
Strong Electrom agnetic W ave by Confined Electrons
in Doping
Superlattices",Hội nghị Vật lý chất rắn và khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6

4


- Đ à nẵng ,8 -1 0 tháng 11 năm 2009 , Tuyển tập toàn văn báo cáo của Hội n g h ị,
tr. 452-457 (2009).
- 3 báo cáo ở Hộỉ nghị Vật lý Quốc Tế: Đ ã hoàn thành và công bố 03 báo cáo ở
Hội nghị K hoa học Quốc tế có đăng toàn văn báo cáo :
1.N.Q.Bau and N. V.Hieu , "Theory o f the A coustom agnetoelectric Effect in a
Superlattice " , Progress in Electrom agnetics Research Sym posium - Xian,
China- M arch 22-26 ,2 0 1 0 - Proceedings ,pp.342-346.
2.N.Q.Bau and H.D.Trien , "The N onlinear Absorption o f a Strong
Electrom agnectic W ave by Confined Electrons in Rectangular Quantum W ires "
, Progress in Electrom agnetics Research Sym posium - Xian, China- M arch 22­
26 , 2010 - Proceedings ,pp.336-341.
3.Nguyen Quang Bail , Hoang Dinh Trien and Do Quoc Hung , " The
Dependence
o f the N onlinear Absorption
Coefficient o f Strong

Electrom agnectic W ave Caused by Confined Electrons on the Radius o f
Cylindrical Quantum W ires " , Second International W orkshop on
Nanotechnology and A pplication - IW NA 2009 , Vung Tau »Vietnam , 12-14
N o v em b er, 2009 - Proceedings, p p .l47-151.

4. Các công trinh đã hoàn thành gửi đăng trên các tạp chí khoa học:
01(J.Communication in Physics)
Nguyen Van Nghia , Tran Thi Thu Huong , Nguyen Quang Bau. The Nonlinear
Acoustoelectric effect in a Cylindrical Quantum Wire with an infinite p o ten tial.

5. Kết quả đào tạo: Góp phần đào tạo :

Họ và tên
NCS,học viên
1.Lương Văn
Tùng
2.Nguyên Đức

3 Tiên sỹ ,

Cấp đào tạo
TS/ ThS

Tên luân văn
•

8 Thạc sỹ

G hi chú *

Một sô hiệu ứng cao TS (bảo vệ
tần trong bán dẫn siêu tháng

Chủ nhiệm

mạng.

2/2009)

dẫn chính

Nghiên cứu ảnh hưởng

ThS (bảo vệ

Chủ nhiệm

5

đề tài hướng


Thắng

của phonon giam câm tháng
lên hệ số hấp thụ phi 12/2009)

đê tài hướng
dẫn chính

tuyến sóng điện từ bởi
điện tử giam cầm
trong siêu mạng pha
tạp

3.Nguyễn Thị
Ha Thu

4.Nguyễn Thị
Thúy

5.Nguyễn
Thị Thanh Huyền

ó.Nguyễn Thùy
Linh

7.KÌIĨ1 Thị Minh
Huệ

8.Bùi Đức Hưng

Nghiên cứu ảnh hưởng
của phonon giam cầm
lên hệ số hấp thụ phi
tuyến sóng điện từ bởi
điện tử giam cầm
trong siêu mạng họp
phần
Tính toán đòng âmđiện phi tuyến trong

siêu mạng hợp phần.
Tính toán dòng âmđiện- từ trong siêu
mạng hợp phần.
Cộng hưởng tham sô
giữa phonon âm giam
cầm và phonon quang
giam cầm trong dây
lượng tử với thế hình
chữ nhật
Cộng hưởng tham sô
giữa phonon âm giam
cầm và phonon quang
giam cầm trong đây
lượng tử với hố thế
parabol
Anh hưởng của
phonon giam cầm lên
hấp thụ phi tuyến sóng
điện từ bởi điện tử

6

ThS (bảo vệ
tháng
12/2009)

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính

ThS (bảo vệ
tháng
12/2009)
ThS (bảo vệ
tháng
12/2009)

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính

ThS (bảo vệ
tháng
12/2010)

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính

ThS (bảo vệ
tháng
12/2010)

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính

ThS (bảo vệ
tháng
12/2010)

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính


giam câm trong dây
lượng tử hình trụ với
hố thế cao vô hạn
N ghiên cứu một sô
cơ chế tán xạ ảnh
9. Trần Thị Hải

hưởng đến thời gian TS (bảo vệ

Chủ nhiệm

sống vận chuyển và tháng
thời gian sống lượng 4/2010)

đề tài hướng
dẫn phụ

tử trong các hệ hai
chiều

10. Đỗ M ạnh
Hùng

11 .Bùi Thị Thu
Giang

M ột

số

hiệu

ứng

động trong các hệ bán
dẫn thấp chiều

TS (bảo vệ
cấp cơ sở
tháng
12/2010)

Hâp thụ phi tuyên
sóng điện từ mạnh bởi
ThS (bảo vệ
điện tử giam cầm
tháng
trong dây lượng tử
12/2010)
hình chữ nhật với hố

thế cao vô hạn

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính

Chủ nhiệm
đề tài hướng
dẫn chính

- Ngoài ra, đề tài góp phần đào tạo 8 Cử nhân Vật lý : Nguyễn Đình Nam , Luyện
Thị San ,Nguyễn Thị Tuyết Mai,Nguyễn Đức Huy,Đào Thu Hằng,Lưu Thị Trang,Đỗ
Tuần Long,Sa Thị Lan Anh.

7


f) Tình hình kinh phí của đề tài:
- Kinh phí được cấp: 100 triệu đồng VN trong 2 năm 2009 và 2010.
- Giải trình những khoản chi lớn: 90 triệu VND thuê chuyên gia trong nước hoàn thành
08 bài báo và 08 báo cáo khoa học (16 công trình nghiên cứu công bố ở mục e).

KHOA QUẢN LÝ
(Ký và ghi rõ họ tên)

Hà Nội, Ngày 20 tháng 03 năm 2011
CHỦ TR Ì ĐỂ TÀI
(Ký và ghi rõ họ tên)

guyẻn Quang Báu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

Hiệu T tƯ Ỏ I*


VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY
COLLEGE OF NATURAL SCIENCES
ip rp *J*»p »J*

*f
îp ip ïp

PROFECT:

Investigation of the Influence of confinement of Electrons
and Phonons on the High - frequency effects driven by
Electromagnetic wave in Semiconductor One - dimensional
and Two-dimenional systems (Supperlattices, quantum wells,
quantum wires).

CODE: QG-09.02

DIRECTOR OF PROJECT: PROF.DR. NGUYÊN QUANG BÁU

HA NOI - 2011
9


VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY

COLLEGE OF NATURAL SCIENCES
el* +1* >1#

fp iji •J'* ip *J*

al# «£#

i p *p

PROFECT:

.

Investigation of the Influence of confinement of Electrons
and Phonons on the High - frequency effects driven by
Electromagnetic wave in Semiconductor One - dimensional
and Two-dimenional systems (Supperlattices, quantum wells,
quantum wires).

CODE: QG-09.02
DIRECTOR OF PROJECT: PROF.DR. NGUYÊN QUANG BÁU
PARTICIPANTS:

Dr.Nguyễn Vũ Nhân, Dr. Lương Văn Tùng, Ms.Hoàng Đình
Triển, Ms.Nguyễn Văn Hiếu, Ms.Lê Thái Hưng, Ms.Đỗ Mạnh
Hùng, Ms.Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Bachelor Nguyễn Đình
Nam.

HA N O I -2011
10

Report on the situation and
the results of the project
a)
Electrons

Title of the Project: Investigation o f Influence the o f confinem ent o f
and

Phonons

on

the

High

Electrom agnetic wave in Sem iconductor

-

frequency

effects

driven

by

One - dimensional and Two-

dimenional systems (Supperlattices, quantum wells, quantum wires).

Code:
QG-09.02
b) Director of project:
Prof.Dr. Nguyễn Quang Báu.
Khoa Vật lý,Đại học Khoa học Tự nhiên ( ĐHQGHN ).
Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
So điện thoại:(04)7626547
c) Participants:
Dr.Nguyễn V ũ N hân,D r.Lương Văn Tùng,M s.H oàng Đình Triển,M s.Nguyễn
Văn Hiếu ,M s.Lê Thái Hưng,M s.Đỗ M ạnh H ùng,M s.N guyễn Thị Thanh
N hàn,Bachelor N guyễn Đình Nam.
d) Aim and content of researches:
- Studying the Influence o f confinem ent o f

Phonons on Absorption

Coefficent of a strong electrom agnetic wave by confined electrons
Sem iconductor

One

-

dimensional

and

Tw o-dim enional

in
systems

(Supperlattices, quantum wells, quantum wires).
- Studying the Influence o f confinem ent o f
Phonons on Param etric
transformation coefficient o f confined Acoustic and confined optical phonon in
sem iconductor
One - dimensional and
Tw o-dim enional
systems
(Supperlattices, quantum wells, quantum wires).
- Studying the Influence o f confinem ent o f Phonons on Param etric
resonace of confined Acoustic and confined optical phonon in Sem iconductor

11


One - dimensional and Two-dimenional systems (Supperlattices, quantum
wells, quantum wires).
e) Results:
The results have been published by 16 papers in the International and National
Journals and reports in Physical International and National conference:
1. Papers in the International Journals: (2 papers)
1. Nguyen Quang Bau and Hoang Dinh Trien , " The N onlinear Apsorption
Coefficient o f Strong Electrom agnetic W aves Caused by Electrons Confined in
Quantum W ires " , Journal o f the Korean Physical Society ( ISSN 0374-4884

,Online ISSN 1976-8524 ) , Vol.56 ,No 1 ,pp. 120-127 (2010).
2. N .Q.Bau , L.T.Hung and N.D.Nam
The N onlinear A psorption Coefficient
o f Strong Electrom agnetic W aves by Confined Electrons in Quantum Wells
U nder the Influences o f Confined Phonons " , Journal o f Electrom agnetic
W aves and Applications ( ISSN 0920-5071 ,Online ISSN 1569-3937 ) ,Vol. 24
,N o 1 3 ,pp. 1751-1761 ( 2 0 1 0 ).

2. Papers in the National Journals: (5 papers)
1. Nguyen Vu Nhan , Nguyen Dinh Nam . Parametric resonananc o f acoustic
phonons and optical phonons in the system o f confined electrons - phonons in
quantum wells. Tạp Chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 1 , tr.51
(2009)
2. Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau. Study absorption coefficient o f an
electromagnetic wave with weak amplitude and high frequency in Quantum Wells.
Tạp Chí Nghiên cửu Khoa học và Công nghệ Quân s ự , N 2 , tr.57 ( 2009)
3. Hoang Dinh Trien, Nguyen Vu Nhan , Do Manh Hung ,Nguyen Quang Bau. The
dependence o f the Parametric transformation coefficient o f acoustic phonons and
optical phonons in doped superlattices on concentration o f impurities . VNƯ Journal o f Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N2 ,pp. 123-128(2009)
4. Nguyen Quang Bau , N guyen Van Hieu , N guyen Thi Thanh H uyen ,N guyen
Dinh Nam and Tran Cong Phong , " The Acoustom agnetoelectric Effect in a
Superlattice " V N Ư -Journal of Science, Mathematics-Physics, Vol.25, N3 ,pp. 131136(2009)

12


5.Nguyen Quang Bau , N guyen V an Hieu , N guyen Thi Thuy and Tran Cong
Phong , " The N onlinear Acoustoelectric Effect in a Superlattice " , J.
Com m unications in Physics , Vol. 20 ,N 3 ,pp.249-254 (2010).
3. Reports in Physical conference: (8 reports)

- 5 reports in the National Physical conferences :
1. Le Thai Hung, Nguyen Due Thang , Nguyen Thi Ha Thu , Nguyen Vu Nhan,
Nguyen Quang Bau. The effect o f confined Phonon on the Nonlinear absorption
coefficient o f strong electromagnetic waves by confined electrons in compositional
Superlattices and Doped Superlattices , The 34th National Conference on
Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
2. Hoang Dinh Trien, Nguyen Quang Bau . The nonlinear absorption coefficient
o f a strong electromagnetic wave coused by confined electrons in cilindrical
quantum wires with parabolic potential. The 34th National Conference on
Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
3. Nguyen Van Nghia, Nguyen Vu Nhan , Nguyen Quang Bau . The
Acoustomagnetoelectric effect in Quantum Wires. The 34th National Conference
on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
4. Nguyen Quang Bau , Nguyen Van Hieu ,Nguyen Thi Thuy , Tran Cong Phong
. The Nonlinear Acoustoelectric effect in a Superlattices . The 34th National
Conference on Theoretical Physics,Dong H o i, 08/2009.
5.Do M anh Hung ,N guyen Quang Bau and N guyen Van Hieu , " The Influence
o f an external M agnetic field on The N onlinear A psorption Coefficient o f A
Strong Electrom agnetic W ave by Confined Electrons
in Doping
Superlattices",Hội nghị Vật lý chất rắn và khoa học vật liệu toàn quốc lần thử 6
- Đà nẵng ,8 -1 0 tháng 11 năm 2009 , Tuyển tập toàn văn báo cáo của Hội n g h ị,
tr. 452-457 (2009).
’
- 3 reports in the International Physical conferences :
1.N.Q.Bau and N. V.Hieu , "Theory o f the Acoustom agnetoelectric Effect in a
Superlattice " , Progress in Electrom agnetics Research Sym posium - Xian,
China- M arch 22-26 ,2 0 1 0 - Proceedings ,pp.342-346.
2.N.Q.Bau and H .D .Trien , "The N onlinear Absorption o f a Strong
Electrom agnectic W ave by Confined Electrons in Rectangular Quantum W ires "

, Progress in Electrom agnetics Research Sym posium - Xian, China- M arch 22­
26 , 2010 - Proceedings ,pp.336-34 Í.

13


3.Nguyen Quang Bau , Hoang Dinh Trien and D o Quoc H ung , " The
Dependence o f the N onlinear A bsorption Coefficient o f Strong
Electrom agnectic W ave Caused by
Confined Electrons on the Radius o f
Cylindrical Quantum W ires "
, Second International
W orkshop on
N anotechnology and Application - IW NA 2009 , Vung Tau ,Vietnam , 12-14
N o v em b er, 2009 - Proceedings, pp. 147-151.
4.
Papers (to be published): 01(J.Communication in Physics)
Nguyen Van Nghia , Tran Thi Thu Huong , Nguyen Quang Bau. The Nonlinear
Acoustoelectric effect in a Cylindrical Quantum Wire with an infinite potential.

5. Results of education: 8 Bachelors, 8 Masters, 3 Doctors
- 8 Bachelors: Nguyễn Đình Nam , Luyện Thị San ,N guyễn Thị Tuyết
M ai,Nguyễn Đức Huy,Đào Thu H ằng,Luu Thị Trang,Đỗ Tuấn Long,Sa Thị Lan
Anh.
-8 Masters:
1)Nguyen Duc Thang. Investigation o f The Influence o f confined phonons on
The N onlinear A psorption Coefficient o f A
Electrom agnetic W ave by
Confined Electrons in Doping Superlattices( 12-2009)
2)Nguyen Thi Ha Thu. Investigation o f The Influence o f confined phonons on

The N onlinear A psorption Coefficient o f A
Electrom agnetic W ave by
Confined Electrons in A Com positional Superlattices( 12-2009)
3)Nguyen Thi Thuy. The N onlinear Acoustoelectric current in A Com positional
Superlattices (12-2009)
4)Nguyen Thi Thanh Huyen . The A coustom agnetoelectric current in A
Com positional Superlattices (12-2009)
5)Nguyen Thuy Linh. Param etric resonance o f confined acoustic phonons and
confined optical phonons in Rectangular Quantum W ires.( 12-2010)
6)Kim
Till M inh Hue Param etric resonance o f confined acoustic phonons and
confined optical
phonons in cilindrical quantum wires with parabolic
potential^ 12-2010)
7)Bui Due Hung. The Influence o f confined phonons on The N onlinear
Apsorption Coefficient o f A Electrom agnetic W ave by Confined Electrons in
cilindrical quantum wires (12-2010)

14


8)Bui Thi Thu Giang. The Nonlinear A psorption Coefficient o f
A
Electrom agnetic W ave by Confined Electrons in Rectangular quantum wires
( 12- 2010 )
^
-3 Doctors:
1)Luong Van Tung.High-frequency effects in Semiconductor Superlattices(22009) '
~
‘

2)Tran Thi Hai . Investigation o f The Influence o f scattering m echanism s on
transport life time and on quantum life time in Two-dim enional systems (4­
2010)
3)Do M anh Hung .Kinetic Effects in Low- dimenional systems( 12-2010)

15


PHẦN CHÍNH BÁO CÁO:
TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA s ự GIAM CẦM ĐIỆN TỪ VÀ
PHONON LÊN CÁC HIỆU ỨNG CAO TẦN GÂY BỞI TRƯỜNG SÓNG ĐIỆN TỪ
TRONG CÁC HỆ BÁN DẢN MỘT CHIỀU VÀ HAI CHIỀU (SIÊU MẠNG, HỐ
LƯỢNG TỪ, DÂY LƯỢNG TỪ).
Mã số: QG-09.02
Chủ trì đề tài: GS.TS. NGUYỄN QUANG BÁU

MỤC LỤC
1. Mở đầu------------------------------------------------------------------------------------------- 17
2. Nội dung------------------------ ------- — -------- -------------------------------------------- 21
2.1. Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong hệ một chiều
(dây lượng tử với các thế khác nhau)------------------------------------------------------------- 21
2.2. Hấp thụ phi tuyến sóng điện từbởi điện tử giam cầm trong hệ hai chiều
(siêu mạng, hố lượng tử với các thế khác nhau)------------------------------------------------36
2.3. Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên một số hiệu ứng cao tần trong
một số hệ bán dẫn một chiều và hai chiều------------------------------------------------------ 39
*

•

*

3. Kết luận----------- —---------------------------------------------------------------------------- -43
4. Tài liệu tham khảo------------------------—----------------------------------------------------- 45
5. Phụ lục------------------------------------------------------------------------------ ---------------- 47

16


1. MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn Đề tài.
Trong những thập niên gần đây, ngành vật lý hệ thấp chiều (vật lý nano) được
nhiều nhà vật lý quan tâm bởi những đặc tính ưu việt mà cấu trúc tinh thể 3 chiều
không có được. Trong các cấu trúc có kích thước lượng tử, nơi các hạt dẫn bị giới hạn
bởi trong những vùng có kích thước đặc trưng vào cờ bước sóng De Broglie, các tính
chất vật lý của điện tử thay đổi kịch tính, đáng điệu của hạt dẫn trong các cấu trúc kích
thước lượng tử tương tự như khí hai chiều , hoặc khí một chiều, Từ đó, hầu hết các
tính chất quang, điện đều có những thay đổi đáng kể. Đặc biệt, một số tính chất mới
khác, được gọi là hiệu ứng kích thước, được xuất hiện.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vật liệu, đặc biệt là công nghệ
epitaxy chùm phân tử, rất nhiều hệ vật liệu với cấu trúc nano được chế tạo. Với đặc
tính ưu việt của nó, hàng loạt các hiệu ứng bên trong được và đang được nghiên cứu
như: các cơ chể tán xạ điện tử-phonon, tính dẫn điện tuyến tính và phi tuyển...Dây
lượng tử là cấu trúc đặc trưng của hệ một chiều (1D), đặc điểm chung của các loại dây
lượng tử là chuyển động của điện tử bên trong nó bị giới hạn trong các hố thế giam
cầm theo hai chiều ứng với các chiều bị giới hạn của dây. Có nghĩa là điện tử chỉ cỏ
thể chuyển động tự do theo chiều không bị giới hạn. Siêu mạng, hố lượng tử là cấu
trúc đặc trưng của hệ hai chiều (2D), đặc điểm chung của Siêu mạng (SM), hố lượng
tử (HLT) là chuyển động của điện tử bên trong nó bị giới hạn trong các hố thể giam

cầm theo một chiều ứng với các chiều bị giới hạn của SM, HLT. Có nghĩa là điện tử
chỉ có thể chuyển động tự do theo hai chiều không bị giới hạn. Sự giam cầm điện tử
trong các hệ 1D và 2D thay đổi đáng kể các tính chất vật lý của hệ, các hiệu ứng vật lý
bên trong đó có những khác biệt so với cấu trúc ba chiều. Ví dụ, tính dẫn điện tuyến
tính và phi tuyến, hấp thụ sóng điện từ yếu...Sự hấp thụ sóng điện từ của vật chất được
và đang được nghiên cứu và phát triển cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm với nhiều ứng
dụng mạnh mẽ và sâu rộng trong khoa học kỷ thuật. Đặc biệt là lĩnh vực kỳ thuật quân
sự, vật liệu hấp thụ sóng điện từ đặc biệt được quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng
cho kỹ thuật “tàng hình” cho các phương tiện quân sự. Trong hệ bán dẫn thấp chiều,
bài toán hấp thụ tuyến tính sóng điện từ được đặc biệt phát triển nghiên cứu bằng
phương pháp Kubo-Mori mở rộng như: hấp thụ sóng điện từ yếu trong hố lượng tử,
trong siêu mạng pha tạp, trong dây lượng tử.

17

ĐAIHỌCQUỎCG -a noi
TPUNG tâm thõng 1i\ ĨHƯ VIÊN

OOO&OOCCUOL


Bên cạnh đó, sự phát triển của công nghệ laser đã đẩy nhanh sự phát triển của
ngành vật lý quang phi tuyến. Cả lý thuyết lẫn thực nghiệm, quang phi tuyến ngày
càng được quan tâm nghiên cứu nhằm liên tục cải thiện sự đáng giá chính xác hấp thụ
phi tuyến cũng như hệ số khúc xạ. Hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong bán dẫn khối
đã được V. V. Pavlovich và E. M. Epshtein nghiên cứu và công bố vào năm 1977,
bằng phương pháp phương trình động lượng tử các tác giả đã xây dựng biểu thức của
hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ thông qua việc giải phương trình động lượng tử
cho điện tử và biểu thức của mật độ dòng hạt tải. Tuy nhiên, đối với hệ một chiều và
hai chiều, bài toán hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vẫn còn bỏ ngỏ và được chúng tôi

lựa chọn cho đề tài QG-09.02. Ngoài ra, khi nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng tham
số và biến đổi tham số, các tác giả trước đó chỉ xét cho bán dẫn khối hoặc chỉ xét
trường hợp điện tử giam cầm mà chưa xét đến ảnh hưởng của phonon giam cầm lên
cộng hưởng tham số và biến đổi tham số trong hệ một chiều và hai chiều. Do vậy, đối
với hệ một chiều và hai chiều, bài toán vẫn còn bỏ ngõ này được chúng tôi lựa chọn
cho đề tài QG-09.02.
1.2. Mục tiêu nghiên cửu.
Đề tài nghiên cứu sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong
các loại dây lượng tử đặc trưng cho hệ bán đẫn một chiều và trong Siêu mạng, Hố
lượng tử là cấu trúc đặc trưng của hệ hai chiều Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ
phi tuyến sóng điện tò cần phải thu được, từ đó thực hiện tính số để đánh giá về cả
định tính lẫn định lượng sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vào
các tham số bên ngoài như cường độ và tần số của sóng điện từ, nhiệt độ của hệ. Bên
cạnh đó sự phụ thuộc của hệ sổ hấp thụ phi tuyến sóng điện từ vào tham số của từng
loại cấu trúc với thế giam giữ khác nhau cũng được xem xét để đánh giá ảnh hưởng
của cấu trúc của hệ cũng như thế giam giữ điện tử lên sự hấp thụ phi tuyến sóng điện
từ. Các kết quả thu được phải được so sánh với kết quả đã được nghiên cứu trong bán
dẫn khối. Đề tài cũng nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường lên sự hấp thụ phi tuyến
sóng điện từ, hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ khi có mặt của từ trường được tính
toán để có được biểu thức giải tích tường minh. Tác động của từ trường lên hệ số hấp
thụ phi tuyển sóng điện từ được đánh giá thông qua tính số và bàn luận. Bên cạnh đó,
hấp thụ sóng điện từ bởi điện từ giam cầm cũng được nghiên cứu cho trường hợp kể

18


thêm phonon giam cầm. Tính toán giải tích cũng như tính số được thực hiện để thấy
được có hay không những thay đổi khi cho phonon giam cầm .
Ngoài ra, Đe tài thiết lập hệ phương trình động lượng tử cho phonon giam cầm
và nghiên cứu cộng hưởng tham số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam

cầm với việc đưa ra biểu thức của biên độ trường ngưỡng; nghiên cứu biển đổi tham
số giữa phonon âm giam cầm và phonon quang giam cầm với việc đưa ra biểu thức
của hệ số biến đổi tham số trong hệ một chiều và hai chiều.Tính toán số, vẽ đồ thị các
kết quả lý thuyết thu được. Thảo luận và so sánh kểt quả lý thuyết thu được với kết
quả trước đó, và với bán dẫn khối.
1.3. Phương pháp nghiên cửu.
Theo quan điểm lý thuyết lượng tử, bài toán hấp thụ sóng điện từ, cộng hưởng
tham số, biến đổi tham sốcó thể được giải quyết theo nhiều phương pháp khác nhau,
mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm nhất định vì vậy tùy vào bài toán cụ thể để
lựa chọn phương pháp giải quyết phù hợp. Trong khuôn khổ của Đề tài , bài toán
được tác giả nghiên cứu bằng phương pháp phương trình động lượng tử, đây là
phương pháp đã được sử dụng cho bài toán tương tự trong bán dẫn khối và đã thu
được những kết quả có ý nghĩa khoa học nhất định. Xuất phát từ việc giải phương
trình động lượng tử cho điện tử và phonon, hàm phân bố điện tử và phonon không cân
bằng được tìm thấy, từ đó biểu thức của hệ số hấp thụ phi tuyển sóng điện từ mạnh,
biểu thức của trường ngưỡng, hệ số biến đổi tham số được tính toán giải tích. Kết hợp
với phương pháp tính số bằng phần mềm tính số Matlab, đây ià phần mềm tính số và
mô phỏng được sử dụng nhiều trong vật lý cũng như các ngành khoa học kỹ thuật, các
kểt quả lý thuyết được đánh giá và thảo luận cả về định tính lẫn định lượng.
1.4. Ý nghĩa
khoa học
và thực
tiễn của Đề tài.
o
•
*
Những kểt quả thu được của Đề tài đóng góp một phần vào việc hoàn thiện lý
thuyết về các hiệu ứng cao tần trong hệ thấp chiều mà cụ thể là hệ một chiều và hai
chiều. Khảo sát tính số cho phép có được những đánh giá trên quan điểm lý thuyết về
mặt định tính cũng như định lượng của sự hấp thụ phi tuyến sóng điện từ, trường

ngưỡng, hệ sổ biến đổi tham số trong vật liệu có cấu trúc nano.

19


về mặt phương pháp, với những kết quả thu được từ việc sử dụng phương pháp
phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm, phonon giam cầm góp phần khẳng
định thêm tính hiệu quả và sự đúng đắn của phương pháp này cho các hiệu ứng phi
tuyến trên quan điểm lượng tử. Bên cạnh đó, tác giả cũng hi vọng kết quả của Đe tài
có thể đóng góp một phần vào việc định hướng, cung cấp thông tin cho vật lý thực
nghiệm trong việc nghiên cứu chế tạo vật liệu nano.

20


2. NỘI
DUNG.
•
2.1. Hấp thụ phỉ tuyến song điện từ bởi điện tử giam cầm
trong hệ một chiều (dây lượng tử với các thế khác nhau).
2.1.1. Hấp thụ phỉ tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử
hình trụ hố thế cao vô hạn.
- Hamiltonian của hệ:
Giả sử một dây lượng tử được đặt trong trường leser có véc tơ cường độ điên
trường vuông góc với phương truyền sóng. Bỏ qua tương tác của các hạt cùng loại,
Hamiltonian của hệ điện tử - phonon trong dây lượng tử được viết như sau:
H = ỵ ^ Ả P - - m ) a nJrp anJrp + Ỵo)-q btb- +
1,1.P

c

ộ

+ X

í2-1)

n ,1 , r í , P ,
Giả sử một có một từ trường đều đặt song song với trục của dây. Hamiltonian
của hệ điện tử-phonon trong dây lượng tử khi cỏ mặt của từ trường được viết như sau:
( P - j ( 0 ) < p «Ví + Ẹ

ỉi=
Y .p

+ z

b-

ỹ

c ’i ' n,l.,n
, ,(A Ĩ )J N .N

, a,r ' ff

Ỵ ,p+ĩị

H

+*-«)>
H

<2-2)

Trong đó Ỵ và y' lần lượt là các bộ số lượng tử ( N , n , ĩ ) \ ầ ( N \ r í J ') của điện
tử dưới tác dụng của từ trường ngoài N, N ’, là các chỉ số vùng Landau ( N - 0,1,2,...)
J N V ( M ) = L dr<f>N ( r±

,

ơ đây

u = a cq ị

-

/2,r

- ^ ỉ i ) ) e iqiPỉ<Ị>Ari - «c2 / ’: ) ,

và

ac = c / eB

,

lân lượt là vị trí và bán kính quỹ đạo cyclotron.

Phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm trong dây lượng tử
hình tru• hổ thế cao vô han.
•

Để thu được biểu thức của phương trình động lượng tử cho điện tử giam cầm
trong dây lượng tử chúng ta bắt đầu từ phương trình động lượng tử cho toán tử số hạt
điện tử trong dây lượng tử, sử dụng Hamiltonian (2.1) và tính toán giải tích ta thu
được biểu thức của phương trình động lượng tử cho điện tử trong dây lượng tử hình
trụ hố thế cao vô hạn:

21


xexp{-i(k-s)fì.}Ị^{[nn.t.ịi_-(t2)Nạ- n n (-ự2)(Nil+\)]x

xexp[i(entp -e„.xrp_ậ - 0)ậ)(t-t')] + [nn.,, -p_-(t2)(Nạ + ] ) - nnf r- (t2)N-]x
xexp[i{ent p -e„.xrp_-q +co-)ự-t,)]+[nnt p(tĩ )N- -n„.x p-+Q(t2)(N- + l)]x
¥pvnr,Yc

- £ n,t,p~ 0)ạ) ( t - t ,)] + [rjn(^ t 2)(Nq + \ ) - n n, rp+.ự 2)N-]x

(2.3)
Trong đó J k(x) là hàm Bessel, m là khối lượng hiệu đụng của điện tử, jV- là
hàm phân bố không phụ thuộc thời gian của phonon, và <5 là đại lượng vô cùng bé
xuất hiện do giả thiết đoạn nhiệt khi có sự tương tác với sóng điện từ. Thực hiện các
tính toán tương tự, biểu thức của phương trình động lượng tử cho điện tử trong dây
Iợng tử hình trụ hổ thế cao vô hạn khi có mặt của từ trường ngoài thu được như sau:

xexp{-i(k-s)Q}Ị_ {[nrrp_Ặ(ỉ )Nậ - nỵ -ự2)(N. + \)]x
Xexp{i{eỴĨ>- er,'M - CO-)(/ -/')] + [nf p_. (í2)(N- + ]) - nỴ p- (/2)Nq]X

xexp[i(Ey p. - £ r.._. + 0JQ)(t-t')]+[nr p. (í1) N . - n r,.r+.(t2)(Niị+\)]x
XQxp[i(£r, -P+- - e r p -Cù.){t - 0 ] + [nYrP(f2) ( + 1 ) - nỴ, ^ ( t 2)Nợ]x

Xexp[i(£r. -+- - e rrp+ co. )(t - 1')] }dt'

(2.4)

Như vậy, chúng ta thấy ràng, khi có mặt của từ trường ngoài, phương trình
động lượng tử của điện tử trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn xuất hiện
thêm các yếu tố mới đặc trưng cho sự tương tác của từ trường lên điện tử trong dây
lượng tử.
Hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm trong dây
lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn.
Giải phương trình động lượng tử bằng phương pháp xấp xỉ gần đúng, ta thu
được hàm phân bố không cần bằng. Sử dụng biểu thức của mật độ dòng hạt tải và hệ
số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ , xem xét theo hai cơ chế tán xạ điện tử - phonon
khác nhau ta có:
a) Trường hợp tản xạ điện tử - phonon quang.
Trong trường hợp này , Cở- =coữ là tần số của phonon quang. Hệ số tương tác

điện tử-phonon quang IC-12=1 c;pỸ=Y ^

(1 /

22

-1 / *0 )


Tính toán theo hai trường hợp hấp thụ ta thu được:

Hấp thụ xa ngưỡng:
a =

n^

ĩ n’

C\JX«Q m£0V0

x { [[1 + ^

I

Xo

f

K,,v(?>i'

+<^ " n)1

r (v '

[ l - o p [ ~£- ''~ ° t + n ]]]+[q,

ụ

0^]}.

(2.5)

Hấp thụ gần ngưỡng:
^ _ \ ỉ ĩ ỉ i ĩ n ữ{kbT)v \ \

fl = 7

r

^

l x^

7 ( ------)

4 c s ữy Ị m x <t>Q K

lo

(2 fr r ......, 1
{ [[^ { t V

lr

lly /l

^

K -^ )} -1 ]x

(2.6)

ở đây

= {D\ , - fln2, ) / 2mR2 + 0 0 ,- 0 .

¿»j Trường hợp tản xạ điện tử-phonorì ăm.
Trong trường hượp này íư- là tần sổ của phonon âm, vì ft>- = Q nên ta có thể
bỏ qua số hạng 0). . Hệ sổ tương tác điện từ - phonnon âm IC-12=| C-1 |2= Ẹ2q / 2 p u ỵ .
Biểu thức thức giải tích cho hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm
trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn cho trường hợp tán xạ điện từ - phonon
âm thu được như sau:
_ '] 2 m ne 2n l ị 2{khT ý

* c 4 x íp o ] tfV
ri

*

2k„T p 2k j

r n „ ri 3e2E h k J ) 2 , DĨ
3D.
} 1+
° v^
y ( — — — —+ ———^—
khT
4mCì Dị
4(khT )2 AkhT

x [l-e x /7 { —

"

h 3 )],

(2.7)

Trong đó Dt - { B \, - B ị,) / 2mR2 - Q
Tương tụ như trường hợp vắng mặt của từ trường ngoài, tính toán giải tích thu
được biểu thức của hệ số hấp thụ phi tuyển sóng điện từ mạnh bởi điện tử giam cầm
trong dây lượng tử hình trụ hố thể cao vô hạn khi có m ặt của từ trường cho trường hợp
tán xạ điện tử - phonon quang:

(J_1 )7 1 /
a =- Ủ Í 3 M
2c ,c jz ^ m a ln i X ,

, !>[!
J

3e2E,

8a W ư

.
.-( 0 . . . n 1 |w L
-co rxt. n
I \n
x[exp{ ~ r ị i N + ^ + ^ + J^ ] } - exP { ~ r ị[ N + ^ + + ~ Ấ] } ] x
2 2
2 2

KT
kJ

Ị

ã ĩm

'

M '{ũ.-coữ + M ’í0cy +A
23

( 2 .8 )


Trong đó M ’ = M + ( n - n ) / 2 + ự - ế ) / 2 , M = N - N ' , v ị i
A = N0

11 '

I2 with7V0 = kbT >®0-

- Kết quả tính số và thảo luận.
Đe thấy được tường minh sự phụ thuộc về cả định tính lẫn định lượng của hệ số
hấp thụ phi tuyến sóng điện từ bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố
thể cao vô hạn, trong phần này, luận án trình bày các kết quả tính số và bàn luận cho
dây lương tử được chọn là GaAs / GaẢsAỈ. Bản tóm tắt này chỉ trình bày một số kết
quả chính đặc trưng.
Trường họp vắng mặt từ trường ngoải.
a) Trường hợp tán xạ điện từ -phonon âm.

Hình 1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc
của a vào bán kính dây lượng tử.

Hình 2: Đồ thị biểu diễn sự phụ
thuộc của a vào nhiệt độ của hổ.

Hình 1 cho thấy rằng hệ số hấp thụ phi tuyến phụ thuộc phi tuyến vào bán kính
dây. Giá trị của hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ tăng lên khi bán kính cùa dây
lượng tử giảm xuống. Tuy nhiên đến một giá trị xác định của bán kính dây, hệ sổ hấp
thụ phi tuyến sóng điện từ đạt giá trị cực đại rồi giảm dần khi bán kính dây tiếp tục
giảm. Giá trị xác định của bàn kính dây mà tại đó hệ số hấp thụ phi tuyến có được cực
đại là khác nhau và phụ thuộc vào cường độ điện trường ngoài. M ột điều đáng chú ý
nữa là hệ số hấp thụ phi tuyến sóng điện từ trong dây lượng tử có thể có được giá trị
âm, đồng nghĩa với việc nó cỏ thể bức xạ sóng điện từ khi hội tụ các điều kiện phù
hợp. Đây là một sự khác biệt rõ đối với bán dẫn khối cũng như hệ hai chiều như hố
ỉương tử, siêu m ạng . Tuy nhiên nó là phù hợp so với trường hợp hấp thụ tuyến tính đà
được nghiên cứu trước đây bằng phương pháp Kubo-M ori .
Hình 2 cho thấy sự phụ thuộc mạnh và phi tuyến của hệ sổ hấp thụ phi tuyển
sóng điện từ vào nhiệt độ T của hệ với các giá trị khác nhau của bản kính dây. Nó
cũng cho thấy rằng hệ số hâp thụ phi tuyến sóng điện từ a trong dây ỉượng từ hình
trụ hố thể cao vô hạn đạt giá trị cực đại tại các giá trị khác nhau cùa nhiệt độ. giá trị
24