Mửc lửc

1

GIẻI THIU TấNG QUAN H THP CHIU V PHìèNG
PHP NGHIN CU

21

1.1

Sỹ lữủng tỷ hoĂ do giÊm kẵch thữợc

1.2

Hm sõng v phờ nông lữủng cừa iằn tỷ trong cĂc cĐu trúc
hằ thĐp chiãu

1.3

1.4

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

21

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

25

1.2.1

Hằ hai chiãu .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

25

1.2.2

Hằ mởt chiãu

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

30

1.2.3

Hằ khổng chiãu

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

33

Hiằu ựng ởng trong bĂn dăn. Phữỡng phĂp Kubo-Mori


.

34

1.3.1

Hiằu ựng ởng trong bĂn dăn

1.3.2

Cổng thực Kubo-Mori cho tenxỡ ở dăn

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

34

.

.

.

.

.

.

35

Hiằu ựng Ơm - iằn tỷ trong bĂn dăn.
.

.

.


.

.

.

.

.

41

1.4.1

Hiằu ựng Ơm - iằn tỷ trong bĂn dăn .

.

.

.

.

.

.

.


41

1.4.2

Phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ cho phonon

.

.

.

.

.

.

43

Phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ cho phonon

2

.

.

.


HIU NG ậNG: HP THệ SNG IN Tỉ YU
BéI

IN

T

GIAM

CM

TRONG

CC

H

THP

CHIU

52

2.1

Vã sỹ hĐp thử sõng iằn tứ trong cĂc hằ bĂn dăn thĐp chiãu

2.2

nh hững hiằu ựng giam cƯm cừa phonon lản sỹ hĐp thử

sõng iằn tứ yáu bi iằn tỷ giam cƯm trong Hố lữủng tỷ

2.3

52

55

2.2.1

Trữớng hủp khổng cõ mt tứ trữớng

.

.

.

.

.

.

.

.

57


2.2.2

Trữớng hủp cõ mt tứ trữớng .

.

.

.

.

.

.

.

.

61

.

.

.

Sỹ hĐp thử sõng iằn tứ yáu bi iằn tỷ giam cƯm trong
dƠy lữủng tỷ


.

.

.

.

.

.

.

.

1

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

67


3

2.3.1


Trữớng hủp khổng cõ mt tứ trữớng

.

.

.

.

.

.

.

.

68

2.3.2

Trữớng hủp cõ mt tứ trữớng .

.

.

.


.

.

.

.

.

72

.

.

.

HIU NG M-IN T: CậNG HìéNG THAM Sẩ
GIA

PHONON

M

V

PHONON

QUANG


TRONG

CU TRểC DY LìẹNG T
3.1

Tữỡng tĂc v bián ời tham số giỳa phonon Ơm v phonon
quang

4

81

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

81

3.2

Phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ cho phonon Ơm, phonon quang

82

3.3

Cởng hững tham số giỳa phonon Ơm v phonon quang .

86

.

HIU NG M - IN T: GIA TNG PHONON TRONG
CU TRểC DY LìẹNG T
4.1


Biu thực tờng quĂt cho hằ số hĐp thử phonon Ơm trong
cĐu trúc dƠy lữủng tỷ
4.1.1

4.1.2

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

Gia tông phonon Ơm trong cĐu trúc dƠy lữủng tỷ hẳnh trử

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

105

.

.

.

.

.

109

Gia tông phonon Ơm trong dƠy lữủng tỷ hẳnh trử
vợi hố thá cao vổ hÔn t trong tứ trữớng


4.2.4

105

Gia tông phonon Ơm trong dƠy lữủng tỷ hẳnh trử
vợi hố thá parabol

4.2.3

99

Gia tông phonon Ơm trong dƠy lữủng tỷ hẳnh trử
vợi hố thá cao vổ hÔn .

4.2.2

94

Hằ số hĐp thử phonon Ơm trong trữớng hủp hĐp thử
nhiãu photon

4.2.1

92

Hằ số hĐp thử phonon Ơm trong trữớng hủp hĐp thử
mởt photon

4.2


90

.

.

.

.

.

113

Gia tông phonon Ơm trong dƠy lữủng tỷ hẳnh trử vợi
hố thá mởt chiãu l parabol mởt chiãu l hẳnh vuổng
trong tứ trữớng .

4.3

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

118


Gia tông phonon cho cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ hẳnh chỳ nhêt
vợi hố thá cao vổ hÔn .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

122

KT LUN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
DANH MệC CC CặNG TRNH LIN QUAN N LUN N . . . . 137
TI LIU THAM KHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
PHệ LệC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

2


Danh sĂch hẳnh v

1.1

Phờ nông lữủng cừa mng mọng lữủng tỷ hõa do giÊm kẵch
thữợc;


p2x + p2y

p =

mng mọng.
1.2

.

.

.

.

.

l ởng lữủng trong mt phng cừa
.

.

.

.

.

.


Mổ hẳnh hoĂ vũng nông lữủng:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

1.3

Mêt ở trÔng thĂi trong cĂc hằ iằn tỷ 2, 3 chiãu

1.4


Mổ hẳnh cĐu trúc hố lữủng tỷ.

L

ở rởng hố lữủng tỷ

.

1.5

.

.

.

.

Mổ hẳnh hoĂ hố thá vuổng gõc.
hÔn, ở rởng cừa hố l

2.1

.

CĂc
nông

ữớng


cong



lữủng

phử

cừa

L.

.

thuởc

sõng

.

2.3

2.4

2.5

.

.


.

.

.

.

.

.

.

25

.

.

.

.

.

27

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


iằn

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

cĂc giĂ tr khĂc

nhau cừa ở rởng hố lữủng tỷ

hủp khổng cõ tứ

trữớng. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

28


G(), G+ (), G () vo
0
tứ yáu ựng vợi L = 60A .

G() vo
L. Trữớng

.

28

cừa

CĂc ữớng cong phử thuởc cừa

.

22

l ở dƯy lợp vêt liằu 2 -

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

G() vo tƯn số cyclotron c cừa
tứ trữớng. Dch chuyn 1 2 . . . . . . . . . . . . . . . .
ữớng cong phử thuởc cừa G() vo tƯn số cyclotron c cừa
tứ trữớng. Dch chuyn 2 1 . . . . . . . . . . . . . . . .
Sỹ phử thuởc cừa zz () vo nông lữủng sõng iằn tứ vợi


60

60

ữớng cong phử thuởc cừa

cĂc giĂ tr khĂc nhau cừa nhiằt ở.
2.6

.

ở cao cừa hố coi nhữ vổ

Trữớng hủp khổng cõ tứ trữớng.
2.2

.

(a) ối vợi d tiáp xúc; (b)

ối vợi hng ro thá; (c) ối vợi hố lữủng tỷ.

.

.

Sỹ phử thuởc cừa

zz ()


v nhiằt ở cừa hằ.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

65

65

71

vo nông lữủng cừa sõng iằn tứ
.

.

3

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

71


2.7

zz () vo nông lữủng cừa sõng iằn tứ v
lữủng tỷ. Trữớng hủp n = n = 0;
= = 0.


Sỹ phử thuởc cừa
bĂn kẵnh dƠy

Cõ tứ trữớng .
2.8

2.9

3.2

4.1

.

.

.

zz ()

.

.

.

.

tứ trữớng .


.

Sỹ

phử

Sỹ

phử

Sỹ

phử

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

n = n = 0; =

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

= 0.
.

.

zz () vo tƯn số cyclotron c
Trữớng hủp n = n = 0;
= = 0. . . . . .
thuởc cừa zz () vo tƯn số cyclotron c

Trữớng hủp n = 0; n = 1;
= = 0. . . . .
thuởc cừa zz () vo tƯn số cyclotron c
Trữớng hủp n = 1; n = 0;
= = 0. . . . .
thuởc

.

.

.

76

vo nông lữủng cừa sõng iằn tứ

Trữớng hủp

trữớng.

3.1

.

v nhiằt ở cừa hằ.

trữớng.
2.11


.

Sỹ phử thuởc cừa

trữớng.
2.10

.

cừa

.

Cõ

.

cừa
.

.

cừa
.

.

cừa
.


.

.

.

76

tứ
.

.

77

tứ
.

.

77

tứ
.

.

Eth (kV cm1 ) cừa phonon
Ơm theo vectỡ sõng q ; R=5nm; = 200T Hz ; T = 30K . . .
1

Sỹ phử thuởc cừa ngữùng gia tông Eth (kV cm
) vo nhiằt
8 1
ở cừa hằ; R=8nm; = 250T Hz ; q = 1 ì 10 m
.
. . . .

78

Sỹ phử thuởc cừa ngữùng gia tông

87

87

ữớng cong phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo
vectỡ sõng cừa phonon - trữớng hủp hĐp thử mởt photon;

T = 30K, = 10T Hz ;
4.2

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử.

.

.

.

.


.

.

.

107

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo nhiằt ở v
vector sõng cừa phonon - trữớng hủp hĐp thử mởt photon;

= 3.5T Hz ;
4.3

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

108

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo tƯn số laser
v vectỡ sõng cừa phonon - trữớng hủp hĐp thử mởt photon;

T = 30K ;
4.4

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

108

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo tƯn số laser
v vector sõng cừa phonon - trữớng hủp hĐp thử mởt photon;
T=30K; tƯn số laser lợn:
tỷ hẳnh trử.

4.5

.


.

.

.

.

.

.

10T Hz 100T Hz ;
.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

DƠy lữủng
.

.

.

.

.

.

109

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo vector sõng
cừa phonon v tƯn số Laser- trữớng hủp hĐp thử mởt photon;

T = 30K ;

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử vợi hố thá hẳnh parabol.


4

.

111


4.6

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo nhiằt ở v
vector sõng cừa phonon - trữớng hủp hĐp thử mởt photon;

= 3.5T Hz ;
4.7

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử hố thá parabol.

.

.

.

.

112

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo bĂn kẵnh dƠy
- trữớng hủp hĐp thử mởt photon;


= 10T Hz; T = 30K ;(a)

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử hố thá hẳnh trử (b) DƠy lữủng tỷ hẳnh
trử hố thá parabol. .
4.8

Sỹ

phử

thuởc

cừa

.

.

hằ

.

số

.

.

.


hĐp

.

.

thử

.

.

.

.

.

phonon

.

.

.

Ơm

.


.

vo

.

vec

sõng cừa phonon - trữớng hủp hĐp thử mởt photon;

10T Hz; T = 30K ;(a)

.

.

112

tỡ

=

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử hố thá hẳnh trử

(hẳnh 4.1)(b) DƠy lữủng tỷ hẳnh trử hố thá parabol.
4.9

.


.

.

.

.

113

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo vector sõng
phonon

vợi

= 250T Hz, R = 15nm, T = 77K .

ỗ

th

cho trữớng hủp hĐp thử mởt photon bản trĂi v ỗ th cho

4.10

trữớng hủp hĐp thử nhiãu photon bản phÊi.

DƠy lữủng tỷ

hẳnh trử -cõ tứ trữớng.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

116

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo tƯn số Laser;

R = 17nm; T = 77K ;

ỗ th cho trữớng hủp hĐp thử mởt

photon bản trĂi v ỗ th cho trữớng hủp hĐp thử nhiãu
photon bản phÊi. DƠy lữủng tỷ hẳnh trử -cõ tứ trữớng. .
4.11

.

117

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo vectỡ sõng
phonon;


R = 15nm; T = 20K; m = 0, 067m; = 100T Hz ;

ỗ th cho trữớng hủp hĐp thử mởt photon bản trĂi v ỗ
th cho trữớng hủp hĐp thử nhiãu photon bản phÊi.

DƠy

lữủng tỷ hẳnh trử hố thá mởt chiãu parabol, mởt chiãu hẳnh
vuổng- cõ tứ trữớng.
4.12

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

120

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo vectỡ sõng
phonon v tƯn số Laser cho trữớng hủp hĐp thử nhiãu photon. DƠy lữủng tỷ hẳnh trử hố thá mởt chiãu l parabol, mởt
chiãu hẳnh vuổng-cõ tứ trữớng. .

5


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


121


4.13

Sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử phonon Ơm vo cữớng ở
trữớng laser-hĐp thử nhiãu photon. Sỷ dửng hằ toÔ ở loga(giĂ
tr x trản trửc s tữỡng ựng vợi giĂ tr
thữớng.

trong hằ toÔ ở

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử hố thá mởt chiãu l parabol,

mởt chiãu hẳnh vuổng-cõ tứ trữớng.
4.14

10x

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

121

Sỹ phử thuởc cừa tốc ở bián ời mêt ở phonon Ơm vo
vectỡ sõng phonon vợi cĂc giĂ tr khĂc nhau cừa nhiằt ở

T = 300K, T = 77K

v

T = 25K .

chỳ nhêt hố thá cao vổ hÔn.
4.15


.

.

.

.

DƠy lữủng tỷ hẳnh trử
.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

123

Sỹ phử thuởc cừa tốc ở bián ời mêt ở phonon quang vo
vectỡ sõng phonon vợi cĂc giĂ tr khĂc nhau cừa nhiằt ở

T = 300K, T = 77K v T = 4K .
nhêt hố thá cao vổ hÔn. .
4.16

.

.

.

.

.

DƠy lữủng tỷ hẳnh chỳ
.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

124

Sỹ phử thuởc cừa tốc ở bián ời mêt ở phonon Ơm vo
vectỡ cữớng ở iằn trữớng vợi cĂc giĂ tr khĂc nhau cừa
tƯn số laser. ữớng solid, dashed, dotted lƯn lữủt tữỡng ựng
vợi


4.17

= 1, 2, 4 ì 1014 Hz . T = 77K , q = 108 m1

.

.

.

.

.

.

125

Sỹ phử thuởc cừa tốc ở bián ời mêt ở phonon quang vo
cữớng ở iằn trữớng vợi cĂc giĂ tr khĂc nhau cừa tƯn số
laser.

ữớng solid,

dashed,

dotted lƯn lữủt tữỡng ựng vợi

= 1, 2, 3 ì 1013 Hz . T = 77K , q = 108 m1


6

.

.

.

.

.

.

.

.

125


Danh s¡ch b£ng

2.1

B£ng c¡c thæng sè cì b£n °c tr÷ng cõa d¥y l÷ñng tû h¼nh
trö

4.1


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

B£ng c¡c thæng sè cõa d¥y l÷ñng tû h¼nh chú nhªt

7

.


.

.

.

70

.

.

.

.

126


Danh s¡ch b£ng

8


Ch¿ sè

9


Mé U


1. Lẵ do chồn ã ti

Khi Ưu tứ nhỳng thnh cổng rỹc rù cừa vêt liằu bĂn dăn vo thêp
niản 50, 60 cừa thá k trữợc, cũng vợi sỹ phĂt trin mÔnh m cĂc cổng
nghằ

nuổi

tinh

th

nhữ

epitaxy

chũm

phƠn

tỷ

(MBE:

Molecular

Beam

Epitaxy)[26, 43, 44] hoc kát từa hỡi kim loÔi hõa hỳu cỡ (MOCVD: Metalorganic Chemical Vapor Deposition)[69] ngữới ta  tÔo ra ữủc nhiãu

cĐu trúc nanổ.
trin

cừa

k

Song song vợi sỹ phĂt trin cổng nghằ chá tÔo l sỹ phĂt

thuêt

o

cĂc

hiằu

ựng

vêt

lỵ



cĐp

ở

vi


mổ.

Mởt

trong

nhỳng cổng cử truyãn thống l nghiản cựu phờ tia X (XAFS, EXAFS):
chiáu chũm tia sĂng nông lữủng cao vo vêt liằu v nghiản cựu Ênh nhiạu
xÔ cừa nõ  biát ữủc cĂc thổng tin do sỹ tữỡng tĂc cừa vêt liằu vợi tia
X. GƯn Ơy phĂt trin thảm cĂc loÔi kẵnh hin vi Ưu dỏ STM (Scanning
Tunneling Microscopy: kẵnh hin vi Ưu dỏ sỷ dửng hiằu ựng ữớng hƯm),
SEM (Scanning Electron Microscopy: kẵnh hin vi Ưu dỏ iằn tỷ) sỷ dửng
cĂc hiằu ựng lữủng tỷ tinh tá.
cĐu trúc cừa vêt liằu.

CĂc loÔi kẵnh ny cho php "chửp Ênh"

Cõ th nõi rơng, trong hai thêp niản vứa qua cĂc

cĐu trúc tinh th nanổ (mng mọng, siảu mÔng, hố lữủng tỷ, dƠy lữủng
tỷ, chĐm lữủng tỷ,...) Â dƯn thay thá cĂc vêt liằu bĂn dăn khối kinh in.

Trong cĂc cĐu trúc nanổ nhữ vêy, chuyn ởng cừa hÔt dăn b giợi hÔn
nghiảm ngt dồc theo mởt hữợng tồa ở vợi mởt vũng cõ kẵch thữợc c
trững vo cù bêc cừa bữợc sõng De Broglie, cĂc tẵnh chĐt vêt lẵ cừa iằn
tỷ thay ời Ăng k, xuĐt hiằn mởt số tẵnh chĐt mợi khĂc, gồi l hiằu ựng

kẵch thữợc, Ơy cĂc quy luêt cừa cỡ hồc lữủng tỷ bưt Ưu cõ hiằu lỹc,
khi õ c trững cỡ bÊn nhĐt cừa hằ iằn tỷ l phờ nông lữủng b bián

ời. Phờ nông lữủng b giĂn oÔn dồc theo hữợng tồa ở giợi hÔn. Do cĂc
tẵnh chĐt quang, iằn cừa hằ bián ời  m ra khÊ nông ựng dửng cho
cĂc linh kiằn iằn tỷ lm viằc theo cĂc nguyản lẵ hon ton mợi v cổng
nghằ hiằn Ôi, cõ tẵnh chĐt cĂch mÔng trong khoa hồc kắ thuêt nõi chung
v trong lắnh vỹc quang-iằn tỷ nõi riảng [32, 57, 58, 95].

10


Hằ vêt liằu thĐp chiãu l mởt cĐu trúc hon ton mợi, khĂc hn vợi
nhỳng vêt liằu trữợc Ơy v cõ th chia hằ thĐp chiãu lm ba loÔi: hằ hai
chiãu(2D), hằ mởt chiãu(1D) v hằ khổng chiãu(0D). Trong luên Ăn têp
trung nhiãu vo nghiản cựu cĂc hiằu ựng vêt lỵ cừa hằ hai chiãu(2D) v
hằ mởt chiãu(1D).

Hằ hai chiãu l mởt lợp vêt liằu rĐt mọng, mÔng tinh th cừa nõ cõ
th xem l hai chiãu chiãu thự ba b giợi hÔn.
cĂc hiằu ựng lữủng tỷ xuĐt hiằn.

Trong chiãu b giợi hÔn,

Chuyn ởng cừa iằn tỷ lúc ny ch

theo hai chiãu, dăn án cĂc tẵnh chĐt iằn v quang thay ời; mởt trong
nhỳng thay ời in hẳnh nhĐt l mêt ở trÔng thĂi khổng liản tửc m cõ
dÔng bêc thang.

Hằ hai chiãu thữớng ữủc phƠn loÔi theo cĂc cĐu hẳnh

khĂc nhau; ỡn giÊn nhĐt l mng mọng (thin films):


mởt lợp vêt liằu cõ

kẵch thữợc mởt chiãu cù 100nm, hai chiãu kia cõ kẵch thữợc bẳnh thữớng.
Khi ghp cĂc lợp kim loÔi-iằn mổi-bĂn dăn, chúng ta ữủc cĐu trúc MOS
(metal oxide semiconductor).

Ghp hai mng bĂn dăn cõ ở rởng vũng

cĐm khĂc nhau, chúng ta ữủc cĐu trúc d chĐt ỡn (single heterostructure);

náu

chỗng

lản

nhau

nhiãu

mng

nhữ

thá,

chúng

ta


thu

ữủc

hố

lữủng tỷ (quantum wells) khi hố thá hàp, ro thá rởng; hoc siảu mÔng
(superlattice) khi ở rởng hố thá v ở rởng ro thá xĐp x bơng nhau (xÊy
ra hiằu ựng ữớng hƯm). Khi pha thảm tÔp chĐt vo mng mọng bĂn dăn
v xáp chỗng chúng lản nhau, chúng ta ữủc cĐu trúc siảu mÔng nipi v
lợp delta.

Mởt c im mợi l phờ nông lữủng, mêt ở trÔng thĂi,...

cõ

th thay ời ữủc nhớ thay ời ở dy mng mọng hoc t chúng trong
trữớng ngoi (tứ trữớng, iằn trữớng,...)

- iãu ny khổng cõ trong bĂn

dăn khối.

Hằ

mởt

chiãu (dƠy lữủng


tỷ

-

quantum

wires)

l

cĐu

trúc

vêt liằu

trong õ chuyn ởng cừa iằn tỷ b giợi hÔn theo hai chiãu (kẵch thữợc
cù 100 nm), ch cõ mởt chiãu ữủc chuyn ởng tỹ do (trong mởt số bi
toĂn chiãu ny thữớng ữủc giÊ thiát l vổ hÔn);
ữủc gồi l khẵ iằn tỷ chuân mởt chiãu:

vẳ thá hằ iằn tỷ cỏn

quasi one dimensional electron

gas - Q1DEG. Trản thỹc tá, chúng ta  chá tÔo ữủc khĂ nhiãu dƠy lữủng

11



tỷ cõ cĂc tẵnh chĐt tốt.

DƠy lữủng tỷ hẳnh chỳ V ữủc chá tÔo nhớ nuổi

epitaxy trản mởt rÂnh hẳnh chỳ V vợi vêt liằu khổng phƠn cỹc; dƠy lữủng
tỷ hẳnh chỳ T ữủc chá tÔo bơng cĂch nuổi siảu mÔng

GaAs/Alx Ga1x As

trản á (001), cưt, rỗi nuổi tiáp dƠy GaAs trản mt (110).

Ngoi ra cỏn

mởt số cĐu trúc hay ữủc nghiản cựu nhữ dƠy lữủng tỷ hẳnh lữủc (gưn
nhiãu dƠy lữủng tỷ vo mởt dƠy khĂc- giống hẳnh cĂi lữủc),...

CĂc khÊo

sĂt lỵ thuyát chừ yáu dỹa trản hm sõng v phờ nông lữủng thu ữủc nhớ
giÊi phữỡng trẳnh Schrodinger mởt hÔt sỷ dửng thá tữỡng tĂc Coulomb.
CĂc hố thá hay ữủc sỷ dửng l hố vổ hÔn cõ cũng dÔng hẳnh hồc vợi dƠy
hoc hố thá parabol (thẵch hủp vợi dƠy cõ kẵch thữợc nhọ).
l mởt số mổ hẳnh xuĐt phĂt tứ yảu cƯu cừa thỹc nghiằm:

Bản cÔnh õ
dƠy lữủng tỷ

hẳnh chỳ nhêt, hẳnh trử, hẳnh chỳ V, chỳ T,...

Sỹ phĂt trin mÔnh trong cĂc nghiản cựu vã hằ thĐp chiãu - c biằt

l hằ bĂn dăn thĐp chiãu trong vi chửc nôm gƯn Ơy  m ra nhỳng tiãm
nông ựng dửng to lợn trong ới sống. Nhớ khÊ nông iãu chnh chi tiát ở
pha tÔp, ở dy lợp,...

cừa vêt liằu, chúng ta cõ th thay ời hố thá giam

cƯm, dăn tợi thay ời mêt ở v cĐu trúc phờ nông lữủng cừa iằn tỷ.
iãu ny dăn án nhiãu tẵnh chĐt mợi lÔ nhữ trong cĂc tẵnh chĐt quang,
tẵnh chĐt ởng (tĂn xÔ vợi phonon, tĂn xÔ vợi tÔp chĐt, tĂn xÔ bã mt,...).
Nhỳng tiãn ã ny bữợc Ưu  tÔo ra nhỳng ựng dửng mợi trong cổng
nghằ nhữ mĂy phĂt laser sỷ dửng hố lữủng tỷ, dƠy lữủng tỷ; mĂy iãu
bián quang hồc sỷ dửng cĂc cĐu trúc nipi, hố lữủng tỷ; transistor HEMT
(high electron mobility transistor).

Ơy mợi ch l mởt vi trong nhỳng

ựng dửng ban Ưu do sỹ giam cƯm lữủng tỷ (quantum confinement) mang
lÔi, chừ yáu mợi ữủc ựng dửng hằ hai chiãu.

Hằ mởt chiãu v khổng

chiãu th hiằn nhỳng tẵnh chĐt do sỹ giam cƯm lữủng tỷ mang lÔi mÔnh
hỡn, hựa hàn nhỳng tiãm nông ựng dửng khổng lữớng trữợc ữủc.

Ơy

l mởt trong nhỳng nguyản nhƠn quan trồng dăn tợi sỹ quan tƠm c biằt
cừa cĂc nh Vêt lẵ cÊ lẵ thuyát lăn thỹc nghiằm ối vợi cĂc cĐu trúc thĐp
chiãu.


CĂc bi toĂn lỵ thuyát thữớng ữủc t ra ối vợi hằ bĂn dăn thĐp
chiãu l xt cĐu trúc iằn tỷ (cĂc vũng nông lữủng:

12

vũng dăn, vũng hoĂ


tr, cĂc tiu vũng do tữỡng tĂc vợi cĂc hÔt, chuân hÔt khĂc, hoc do tứ
trữớng); cĂc tẵnh chĐt quang, tẵnh chĐt tứ; sỹ tữỡng tĂc cừa hÔt tÊi (iằn
tỷ, lộ trống, exiton, plasmon, ...)

vợi trữớng ngoi; cĂc tẵnh chĐt tĂn xÔ;

tẵnh chĐt spin cừa cĂc hằ vêt liằu nhữ dƠy lữủng tỷ; hố lữủng tỷ lm tứ
cĂc vêt liằu khĂc nhau nhữ Si, Ge, Ga, As.

Bản cÔnh õ l cĂc hiằu ựng

ởng (Ơm-iằn tỷ, Ơm iằn tứ,...), hiằu ựng Hall, ở dăn DC, AC; cĂc sai
họng mÔng; tĂn xÔ Raman.

CĂc vĐn ã ny chiám mởt phƯn khĂ lợn cĂc

bi bĂo trong cĂc tÔp chẵ trản thá giợi (vẵ dử, tÔp chẵ Physical Review B
ginh riảng mởt phƯn khĂ lợn cho hằ bĂn dăn thĐp chiãu (hai số mởt lƯn)).

Vợi nhỳng phƠn tẵch trản vã tƯm quan trồng v tẵnh thới sỹ cừa hằ
thĐp chiãu, chúng tổi chồn nghiản cựu ã ti:


Mởt số hiằu ựng ởng

v Ơm-iằn tỷ trong cĂc hằ iằn tỷ thĐp chiãu.

2. Mửc ẵch, ối tữủng v phÔm vi nghiản cựu cừa luên Ăn

Luên Ăn khổng cõ ỵ nh ã cêp án tĐt cÊ cĂc cĐu trúc hằ thĐp chiãu
nõi trản m quan tƠm nghiản cựu mởt số hiằu ựng ởng v Ơm- iằn tỷ
trong cĂc cĐu trúc hố lữủng tỷ (hằ iằn tỷ chuân hai chiãu) v dƠy lữủng
tỷ (hằ iằn tỷ chuân mởt chiãu), õ l cĂc cĐu trúc hằ thĐp chiãu ang
thu hút ữủc sỹ chú ỵ nhiãu nhĐt hiằn nay.

Trong õ cĂc vĐn ã vã Ênh

hững cừa cĐu trúc vêt liằu hoc cĂc bực xÔ kẵch thẵch tứ bản ngoi án
cĂc quĂ trẳnh vêt lỵ xây ra trong cĂc cĐu trúc nảu trản ữủc quan tƠm
xem xt. Cử th, luên Ăn têp trung nghiản cựu lỵ thuyát vã hằ số hĐp thử
sõng iằn tứ yáu bi iằn tỷ giam cƯm trong cĂc cĐu trúc hố lữủng tỷ v
cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ; vã hiằn tữủng tữỡng tĂc v bián ời tham số giỳa
phonon Ơm v phonon quang trong cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ; vã hằ số gia
tông phonon dữợi Ênh hững cừa trữớng bực xÔ laser trong dƠy lữủng tỷ
vợi cĂc cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ khĂc nhau.

Luên Ăn cụng dnh mởt phƯn thẵch Ăng cho tẵnh toĂn v khÊo sĂt
số trản mĂy tẵnh  phƠn tẵch Ênh hững cừa cĐu trúc cụng nhữ cừa cĂc
kẵch thẵch bản ngoi án cĂc hiằu ựng nõi trản.

Ơy l cĂc bi toĂn thu

hút sỹ quan tƠm cừa nhiãu tĂc giÊ [8, 9, 11, 16, 17, 18, 59, 62, 63] vẳ nõ


13


cho php nghiản cựu, thu nhên ữủc nhiãu thổng tin quỵ bĂu vã vêt liằu.

3. Phữỡng phĂp nghiản cựu

Trản lắnh vỹc nghiản cựu lỵ thuyát,  giÊi quyát cĂc bi toĂn thuởc
loÔi ny theo quan im cờ in thẳ ch dỹa trản viằc giÊi phữỡng trẳnh
ởng cờ in Boltzmann [31, 94], những theo quan im lữủng tỷ cõ th
Ăp dửng nhiãu phữỡng phĂp khĂc nhau nhữ:

bơng lỵ thuyát nhiạu loÔn

[8, 9, 11, 14], bơng phữỡng phĂp phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ [13], bơng lỵ
thuyát hm Green hoc bơng phữỡng phĂp Kubo-Mori[109, 110].

Vẳ mội

phữỡng phĂp cõ nhỳng ữu v nhữủc im riảng, nản viằc sỷ dửng phữỡng
phĂp no tốt hỡn ch cõ th ữủc Ănh giĂ tũy vo tứng bi toĂn cử th.

Trong luên Ăn, vợi tứng bi toĂn Vêt lẵ t ra m chúng tổi sỷ dửng
hai trong số cĂc phữỡng phĂp nảu trản.

Cử th, sỷ dửng phữỡng phĂp

phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ (nhớ phữỡng trẳnh chuyn ởng Heisenberg
v Hamiltonian cho hằ iằn tỷ phonon trong hẳnh thực luên lữủng tỷ hoĂ

lƯn thự hai)  giÊi cĂc bi toĂn nghiản cựu vã sỹ gia tông mêt ở phonon,
cởng hững tham số giỳa phonon Ơm v phonon quang trong cĂc cĐu hẳnh
dƠy lữủng tỷ; phữỡng phĂp Kubo-Mori  nghiản cựu bi toĂn hĐp thử
sõng iằn tứ - mởt trong nhỳng tẵnh chĐt quang tiảu biu trong cĂc cĐu
trúc hằ thĐp chiãu (hố lữủng tỷ, dƠy lữủng tỷ).

Phữỡng phĂp ny dỹa

trản cổng thực Kubo cho tenxỡ ở dăn cao tƯn [49] v php chiáu toĂn
tỷ cừa Mori [51] v ữủc nhõm tĂc giÊ G. M. Shmelev, Nguyen Quang
Bau Ăp dửng, phĂt trin v tờng quĂt hõa cho cÊ trữớng hủp cõ thảm tứ
trữớng lữủng tỷ v trữớng bực xÔ Laser [55, 84]. Xt vã nhiãu khẵa cÔnh,
phữỡng phĂp Kubo-Mori  tọ ra cõ nhiãu ữu im hỡn cĂc phữỡng phĂp
khĂc trong viằc giÊi bi toĂn nghiản cựu vã sỹ hĐp thử sõng iằn tứ trong
cĂc hằ iằn tỷ thĐp chiãu ữủc t ra trong luên Ăn.

Nhữ Â biát, viằc giam giỳ iằn tỷ trong cĂc hố thá nông [52, 53, 74,
103, 104] dăn án cĂc phÊn ựng cừa hằ iằn tỷ dữợi tĂc ởng cừa cĂc kẵch
thẵch bản ngoi (trữớng iằn tứ ngoi, cĂc sõng iằn tứ,...)
biằt so vợi hằ iằn tỷ 3 chiãu thổng thữớng.

14

xây ra khĂc

CĂc hiằn tữủng nhữ viằc


chưn iằn tẵch, cĂc hiằu ựng tiáp xúc,...v cĂc hiằn tữủng liản quan án
viằc chưn iằn tẵch cụng thay ời vã bÊn chĐt [91, 104]. Bi toĂn xĂc nh

hằ số hĐp thử sõng iằn tứ yáu trong bĂn dăn siảu mÔng pha tÔp [8, 62],
trong hố lữủng tỷ [11, 59] Â ữủc quan tƠm v tẵnh toĂn, tuy nhiản trong
cĂc cổng trẳnh õ mợi ch xem xt án Ênh hững cừa sỹ giam cƯm iằn tỷ
lản sỹ hĐp thử sõng iằn tứ cõ biản ở yáu (Weak Electromagnetic WaveWEMW) m chữa quan tƠm án Ênh hững cừa sỹ giam cƯm phonon
hoc chữa khÊo sĂt, xem xt bi toĂn cho dƠy lữủng tỷ.

CĂc tẵnh toĂn cừa cĂc tĂc giÊ trữợc Ơy [8, 11, 59, 62] Â ch ra rơng vợi
cĐu trúc hố lữủng tỷ v giÊ thiát phonon quang khổng phƠn cỹc (phonon
khối) thẳ trong phờ hĐp thử sõng iằn tứ văn thu ữủc nhỳng nh cởng
hững tÔi tƯn số cởng hững c trững cho phonon quang

= 0

nhữ

trong bĂn dăn thữớng, tuy nhiản nhỳng nh cởng hững nhồn hỡn rĐt
nhiãu. Mt khĂc do hiằu ựng kẵch thữợc hay sỹ bưt giỳ iằn tỷ trong hố
thá cừa cĐu trúc hố lữủng tỷ Â lm xuĐt hiằn cĂc cp nh cởng hững
hai bản nh cởng hững chẵnh
cõ.

= 0

m bĂn dăn thổng thữớng khổng

Cụng cƯn lữu ỵ rơng cĂc kát quÊ thu ữủc cừa nhỳng tĂc giÊ trữợc

Ơy thu ữủc ãu tẵnh toĂn vợi ở rởng hố lữủng tỷ

L > 100A0


v giÊ

thiát phonon khổng phƠn cỹc (phonon khối).

Liản quan án phƯn ny trong luên Ăn, vợi viằc sỷ dửng phữỡng phĂp
Kubo-Mori, chúng tổi tiáp nối bi toĂn xĂc nh hằ số hĐp thử sõng iằn
tứ yáu cừa iằn tỷ giam cƯm trong hố lữủng tỷ, cõ k án hiằu ựng giam
cƯm cừa phonon, vợi giÊ thiát cỡ chá tĂn xÔ iằn tỷ - phonon quang l
chừ yáu. PhƠn tẵch sỹ phử thuởc cừa hằ số hĐp thử vo tƯn số
iằn tứ v ở rởng

L

cừa hố lữủng tỷ.



cừa sõng

Tiáp theo chúng tổi xƠy dỹng lỵ

thuyát hĐp thử sõng iằn tứ yáu bi iằn tỷ giam cƯm trong dƠy lữủng tỷ
v vợi giÊ thiát cỡ chá tĂn xÔ iằn tỷ-phonon Ơm l chừ yáu cho trữớng
hủp khổng cõ tứ trữớng v cỡ chá tĂn iằn tỷ-phonon quang l chừ yáu
khi cõ xt án Ênh hững cừa tứ trữớng lản hiằu ựng.

Hiằu ựng gia tông phonon Ơm dữợi Ênh hững cừa trữớng bực xÔ
laser l mởt ã ti ữủc nghiản cựu rởng rÂi. CĂc kát quÊ chẵnh ữủc rút


15


ra l dữợi Ênh hững cừa trữớng ngoi ch mởt số phonon ữủc hĐp thử,
v mêt ở phonon tông theo thới gian trong mởt số iãu kiằn nhĐt nh.
ã ti ny  ữủc nghiản cựu rởng rÂi trong quĂ khự.

Trong cĂc cổng

trẳnh [9, 12, 16, 17, 34, 61, 102, 112] Â nghiản cựu hiằu ựng ny trong
bĂn dăn khối.

CĂc cổng trẳnh ny  xt cĂc cĐu trúc bĂn dăn suy bián

[34, 112] v bĂn dăn khổng suy bián, cĂc quĂ trẳnh hĐp thử mởt photon
v hĐp thử nhiãu photon, v khi cõ thảm tứ trữớng t vo hằ.
[18,

72],

bi

toĂn

chuân hai chiãu).

Â

ữủc


giÊi

quyát

cho

hố

lữủng

tỷ

(hằ

khẵ

Trong

iằn

tỷ

Peiji Zhao [72] Â sỷ dửng nhỳng php gƯn úng khĂ

thổ  xt cho hố lữủng tỷ tÔo bi vêt liằu phƠn cỹc GaAs:

kTB q 2
2m ,

2


q2
2m , q

0
kB T,
kB T , vợi = emqE
, kB l hơng số Boltzmann,

l hơng số Planck, m
l khối lữủng hiằu dửng cừa iằn tỷ, q l vector
sõng cừa phonon, T l nhiằt ở, l tƯn số laser. TĐt cÊ nhỳng cổng trẳnh

q

trản ãu ch ra trong nhỳng iãu kiằn thẵch hủp, hằ số hĐp thử phonon
Ơm tr nản Ơm trong mởt số vũng cừa vector sõng

q.

iãu ny cõ nghắa l

mêt ở phonon trong vêt liằu tông theo thới gian.

Nối tiáp ã ti ny, trong luên Ăn, chúng tổi nghiản cựu lỵ thuyát sỹ
gia tông mêt ở phonon Ơm do hĐp thử trữớng bực xÔ laser trong dƠy
lữủng tỷ vợi cĐu trúc hẳnh hồc v hố thá giam cƯm iằn tỷ cõ dÔng khĂc
nhau.

Hai trữớng hủp:


quĂ trẳnh hĐp thử mởt photon (khi trữớng bực

xÔ laser yáu) v quĂ trẳnh hĐp thử nhiãu photon (khi trữớng bực xÔ laser
bĐt ký) ữủc xt án.

Trong mội trữớng hủp,

chúng tổi ãu thu ữủc

biu thực giÊi tẵch cho hằ số hĐp thử phonon Ơm, iãu kiằn xung lữủng
cho

iằn

tỷ

v

iãu

kiằn



xÊy

ra

sỹ


gia

tông

phonon

Ơm.

Biát

hm

sõng v phờ nông lữủng cừa iằn tỷ (tuý thuởc cĐu hẳnh dƠy), ta cõ th
rút ra cĂc kát quÊ nh lữủng cho sỹ hĐp thử phonon Ơm.

Hm sõng v

phờ nông lữủng cõ th khổng nhĐt thiát cõ dÔng giÊi tẵch;

iãu ny rĐt

thuên tiằn cho viằc so sĂnh vợi thỹc nghiằm sau ny khi m hm sõng v
phờ nông lữủng thu ữủc tứ thỹc nghiằm dÔng số (bÊng số liằu hoc
ỗ

th)

bơng


cĂc

kẵnh

hin

vi

STM

hay

SEM.

Lữu

ỵ

rơng

Ơy

l

cổng

trẳnh Ưu tiản giÊi quyát lỵ thuyát hiằu ựng ny cho dƠy lữủng tỷ (hằ
khẵ iằn tỷ chuân mởt chiãu), v lƯn Ưu tiản ữa ra ữủc mổ hẳnh tờng
quĂt cho cĂc cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ (cĂc cổng trẳnh trữợc Ơy ch xt cho


16


mởt loÔi vêt liằu riảng biằt, chng hÔn Peiji Zhao [72] xt cho hố lữủng
tỷ

tÔo

bi

vêt

liằu

cõ

cỹc

GaAs).

Tiáp

theo,

chúng

tổi

nghiản


cựu

lỵ

thuyát cởng hững tham số giỳa phonon Ơm v phonon quang trong dƠy
lữủng tỷ, Ănh giĂ trữớng ngữùng gia tông v phƠn tẵch iãu kiằn xây ra
cởng hững tham số giỳa phonon Ơm v phonon quang trong dƠy lữủng tỷ.

4. ị nghắa khoa hồc v thỹc tiạn cừa luên Ăn

Nhỳng kát quÊ chẵnh cừa luên Ăn  gõp phƯn hon thiằn vã lỵ thuyát
hĐp thử sõng iằn tứ biản ở yáu trong cĂc hố lữủng tỷ v bữợc Ưu xƠy
dỹng lỵ thuyát hĐp thử sõng iằn tứ biản ở yáu trong cĐu trúc dƠy lữủng
tỷ, gõp phƯn hon thiằn vã lỵ thuyát gia tông phonon trong cĐu trúc dƠy
lữủng tỷ, gõp phƯn hiu sƠu sưc hỡn bực tranh vêt lỵ vã cởng hững tham
số v iãu kiằn xây ra cởng hững tham số giỳa phonon Ơm v phonon
quang trong dƠy lữủng tỷ. M rởng cĂc bi toĂn trản khi xt tợi kẵch thẵch
cừa trữớng ngoi(tứ trữớng,...). Cho php thu nhên ữủc nhiãu thổng tin
quỵ bĂu vã cĂc tẵnh chĐt mợi cừa vêt liằu, c biằt l vã cĂc thổng số c
trững cho cĐu trúc vêt liằu thĐp chiãu.

5. CĐu trúc cừa luên Ăn

Nhỳng kát quÊ m tĂc giÊ thu ữủc ữủc trẳnh by trong luên Ăn,
bố cửc nhữ sau: ngoi phƯn m Ưu, kát luên, ti liằu tham khÊo, phử lửc
luên Ăn cõ 04 chữỡng, 14 mửc.

Trong õ cõ 05 hẳnh v, 30 ỗ th, 112 ti

liằu tham khÊo, tờng cởng 172 trang.


Chữỡng 1:

giợi thiằu tờng quan vã hằ thĐp chiãu cụng nhữ nhỳng

vĐn ã ữủc ã cêp án trong luên Ăn.

Mửc (1.1) trẳnh by khĂi quĂt vã

sỹ lữủng tỷ hõa do giÊm kẵch thữợc õ l tẵnh chĐt cừa cĂc cĐu trúc bĂn
dăn khi chuyn ởng cừa hÔt dăn b giợi hÔn dồc theo mởt tồa ở.

Mửc

(1.2) giợi thiằu mởt số vĐn ã tờng quan vã hằ thĐp chiãu, cử th Ơy l
phờ nông lữủng v hm sõng cừa cĂc cĐu trúc hố lữủng tỷ, dƠy lữủng tỷ
v im lữủng tỷ.

Mửc (1.3) s giợi thiằu chung vã cĂc hiằu ựng ởng v

cĂc tẵnh chĐt quang cừa iằn tỷ trong bĂn dăn. Trong mửc ny, chúng tổi

17


trẳnh by cĂc cổng thực chừ yáu cừa phữỡng phĂp Kubo-Mori trong gƯn
úng bêc hai cừa tữỡng tĂc cho tenxỡ ở dăn.

Cổng thực ny ữủc sỷ


dửng  giÊi bi toĂn liản quan án hĐp thử sõng iằn tứ yáu bi iằn tỷ
giam cƯm trong dƠy lữủng tỷ trong chữỡng 2.

Mửc (1.4), bơng phữỡng

phĂp phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ chúng tổi xƠy dỹng cĂc phữỡng trẳnh
ởng lữủng tỷ cho hằ tữỡng tĂc iằn tỷ-phonon v ữủc sỷ dửng  giÊi
cĂc bi toĂn vã tữỡng tĂc v bián ời tham số giỳa phonon Ơm -phonon
quang trong cĐu trúc dƠy lữủng tỷ trong chữỡng 3 v bi toĂn vã sỹ gia
tông phonon trong cĂc cĐu trúc dƠy lữủng tỷ trong chữỡng 4.

Chữỡng 2 dnh cho viằc nghiản cựu cĂc tẵnh chĐt quang trong cĂc
cĐu trúc hằ iằn tỷ thĐp chiãu.

Mửc (2.1) trẳnh by vã sỹ hĐp thử sõng

iằn tứ trong cĂc hằ bĂn dăn thĐp chiãu.

Mửc (2.2),

sỷ dửng cĂc biu

thực cho phờ nông lữủng v hm sõng cừa iằn tỷ trong hố lữủng tỷ Â
xt trong mửc (1.2), chúng tổi xƠy dỹng toĂn tỷ Hamiltonian cho hằ iằn
tỷ -phonon trong hố lữủng tỷ vợi cỡ chá tĂn xÔ iằn tỷ - phonon quang
v cõ xt án hiằu ựng giam cƯm phonon.

Dỹa trản toĂn tỷ Hamiltonian

ny, cĂc thnh phƯn cừa tenxỡ ở dăn cao tƯn v hằ số hĐp thử sõng iằn

tứ biản ở yáu bi iằn tỷ tỹ do trong hố lữủng tỷ trong cÊ hai trữớng
hủp khi khổng cõ v khi cõ mt tứ trữớng hữợng vuổng gõc vợi thnh cừa
hố ữủc tẵnh toĂn v phƠn tẵch.

Mửc (2.3), cĐu trúc tữỡng tỹ nhữ mửc

(2.2), hằ số hĐp thử sõng iằn tứ biản ở yáu bi iằn tỷ giam cƯm trong
dƠy lữủng tỷ hẳnh trử trong hai trữớng hủp khi khổng cõ tứ trữớng vợi cỡ
chá tĂn xÔ iằn tỷ-phonon Ơm v khi cõ mt tứ trữớng dồc theo trửc cừa
dƠy cho cỡ chá tĂn xÔ iằn tỷ - phonon quang ữủc tẵnh toĂn v phƠn tẵch.

Chữỡng 3, mửc (3.1) mổ tÊ bực tranh vêt lỵ vã hiằn tữủng tữỡng tĂc
v bián ời tham số giỳa phonon Ơm v phonon quang trong cĐu trúc bĂn
dăn; bơng phữỡng phĂp phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ nảu trong mửc (1.4)
bi toĂn cởng hững tham số giỳa phonon Ơm, phonon quang trong mởt
số cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ ữủc chúng tổi quan tƠm xem xt trong cĂc mửc
(3.2) v (3.3).

Chữỡng 4,  giÊi bi toĂn gia tông phonon trong dƠy lữủng tỷ, chúng

18


tổi  sỷ dửng phữỡng phĂp phữỡng trẳnh ởng lữủng tỷ (mửc 1.4), thiát
lêp mổ hẳnh lỵ thuyát tờng quĂt  tẵnh hằ số hĐp thử phonon trong hằ iằn
tỷ chuân mởt chiãu v ữủc chia thnh cĂc mửc:

mửc (4.1), tứ phữỡng

trẳnh ởng lữủng tỷ cho phonon thiát lêp biu thực tờng quĂt cho hằ số hĐp

thử phonon Ơm trong cĐu trúc dƠy lữủng tỷ trong õ xt cho hai trữớng
hủp:

quĂ trẳnh hĐp thử mởt photon (trữớng laser yáu) v quĂ trẳnh hĐp

thử nhiãu photon (trữớng laser bĐt ký).

Mửc (4.2) v (4.3) nghiản cựu lỵ

thuyát sỹ gia tông phonon trong cĂc cĐu trúc dƠy lữủng tỷ. CĂc cĐu hẳnh
dƠy lữủng tỷ ữủc xt Ơy gỗm cõ dƠy lữủng tỷ hẳnh trử, dƠy lữủng
tỷ hẳnh chỳ nhêt vợi cĂc loÔi hố thá cao vổ hÔn khĂc nhau nhữ:

hố thá

hẳnh trử, hố thá hẳnh parabol bĐt ối xựng, v hố thá mởt chiãu l parabol
mởt chiãu l hẳnh vuổng. CĂc cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ ữủc xt án ãu l
nhỳng cĐu hẳnh tiảu biu thữớng ữủc sỷ dửng trong cĂc nghiản cựu lỵ
thuyát, hoc vẳ thuên lủi vã mt toĂn hồc, hoc vẳ xuĐt phĂt tứ yảu cƯu
thỹc nghiằm.

TĐt cÊ cĂc kát quÊ ãu ữủc tẵnh toĂn số v v ỗ th cho

dƠy GaAs ối vợi trữớng hủp hĐp thử mởt photon.

Bi toĂn ữủc xem

xt chừ yáu cho cỡ chá tĂn xÔ iằn tỷ - phonon Ơm ữủc coi l trởi.

Kát


quÊ khÊo sĂt, phƠn tẵch vợi cĐu hẳnh dƠy lữủng tỷ hẳnh chỳ nhêt cho thĐy
trong cũng mởt iãu kiằn tốc ở bián ời mêt ở phonon vợi cỡ chá tĂn
xÔ iằn tỷ - phonon quang thu ữủc l nhọ so vợi cỡ chá tĂn xÔ iằn tỷ phonon Ơm.

Trong phƯn phử lửc, chúng tổi liằt kả mởt số chữỡng trẳnh mău dũng
 tẵnh toĂn số v v ỗ th cừa cĂc Ôi lữủng vêt lỵ phử thuởc mÔnh vo
tham số cĐu trúc vêt liằu cụng nhữ cĂc tham số khĂc cừa trữớng sõng iằn
tứ kẵch thẵch bản ngoi.

PhƯn lợn cĂc kát quÊ cừa luên Ăn ny  ữủc cổng bố thnh 10 cổng
trẳnh dữợi dÔng cĂc bi bĂo cĂc tÔp chẵ trong nữợc v ngoi nữợc, cĂc
bĂo cĂo khoa hồc tÔi cĂc hởi ngh trong nữợc v quốc tá, bao gỗm:




01 bi bĂo ông trong Journal of the Korean Physics Society.

04

bi

bĂo

ông

trong

VNU.


19

Journal

of

Science,

Mathematics-


Physics.

•

01 b i «ng trong Proceedings of The Ninth Asia Pacific Physics

conference (9th APPC).

•

01 b i b¡o «ng trong Journal of Science Hanoi University of edu-

cation, Series natural sciences.

•

01


b i

b¡o

«ng

trong

Communications

in

Physics,

Supplement

(2005).

•

01 b i b¡o «ng Preprint tr¶n m¤ng Internet, câ thº Dowload t¤i

àa ch¿ arXiv: cond-mat/0204260.

• 01 b i b¡o gûi «ng t¤i T¤p ch½ nghi¶n cùu khoa håc kÿ thuªt qu¥n sü.

20


Chữỡng 1


GIẻI THIU TấNG QUAN H
THP CHIU V PHìèNG
PHP NGHIN CU

1.1

Sỹ lữủng tỷ hoĂ do giÊm kẵch thữợc

Trong cĂc cĐu trúc bĂn dăn, khi chuyn ởng cừa hÔt dăn b giợi hÔn
nghiảm ngt dồc theo mởt toÔ ở vợi mởt vũng rĐt hàp khổng quĂ vi trôm

Ao

v náu chiãu rởng ny so sĂnh ữủc vợi chiãu di bữợc sõng De Broglie

cừa hÔt dăn thẳ, mởt loÔt cĂc hiằu ựng vêt lẵ mợi ữủc gồi l hiằu ựng kẵch

thữợc xuĐt hiằn, lm bián ời hƯu hát tẵnh chĐt iằn tỷ cừa hằ v m ra khÊ
nông ựng dửng cho cĂc linh kiằn lm viằc theo cĂc nguyản lẵ hon ton mợi.

Xt vẵ dử, tẵnh chĐt cừa iằn tỷ trong vũng dăn (gồi l iằn tỷ dăn)
trong mởt mng mọng vợi chiãu dy

a.

Vêt liằu cừa mng (kim loÔi hoc

bĂn dăn) õng vai trỏ hố lữủng tỷ ối vợi iằn tỷ vợi chiãu rởng
sƠu cõ giĂ tr bơng cổng thoĂt


.

a v chiãu

Cỡ hồc lữủng tỷ cho thĐy rơng nông

lữủng cừa iằn tỷ trong hố õ b lữủng tỷ hoĂ, v ch gỗm cõ mởt số xĂc
nh cĂc mực nông lữủng giĂn oÔn

lữủng tỷ hoĂ do giÊm kẵch thữợc.

4 5eV ,

En (n = 1, 2, ...)

ữủc gồi l cĂc mực

Vẳ giĂ tr thổng thữớng cừa

lợn hỡn nông lữủng nhiằt

kB T

(

kB




khoÊng

l hơng số Boltzmann;

T

l

nhiằt ở cừa hằ) cừa hÔt dăn vi ba bêc, hố lữủng tỷ trong vẵ dử ang
xt cõ th ữủc coi l sƠu vổ hÔn (Hẳnh 1.1). Hm sõng cừa iằn tỷ trong

21


Hẳnh 1.1: Phờ nông lữủng cừa mng mọng lữủng tỷ hõa do giÊm kẵch thữợc;

p=

p2x + p2y

l ởng lữủng trong mt phng cừa mng mọng.

trữớng hủp ny cho cĂc trÔng thĂi

En

n (z) =

ữủc xĂc nh bi biu thực:


2
nz
sin
,
a
a

(1.1)

v cĂc mực nông lữủng tữỡng ựng:

2 2 n2
En =
,
2m a2
Ơy,

m

(1.2)

l khối lữủng hiằu dửng cừa hÔt dăn.

Trong cĂc dÔng cĐu trúc lữủng tỷ hoĂ do giÊm kẵch thữợc khĂc, hố
thá giợi hÔn cõ chiãu sƠu xĂc nh v nõi chung, ở dốc khổng tÔo thnh
vợi chiãu toÔ ở giợi hÔn mởt gõc vuổng. Do õ, mc dũ kát luên chung vã
sỹ lữủng tỷ do giÊm kẵch thữợc văn cõ giĂ tr những khổng th Ăp dửng
biu thực (1.2). Trong trữớng hủp chung, nhữ l hằ quÊ cừa nguyản lẵ bĐt
nh, ta dũng biu thực Ănh giĂ nh tẵnh cho cĂc mực nông lữủng nhữ
sau:


2

En

ma2

.

(1.3)

Nhữ vêy, ta thĐy biu thực (1.2) chẵnh l trữớng hủp riảng cừa biu
thực (1.3).

Kát luên vã sỹ lữủng tỷ hoĂ nông lữủng, cụng nhữ biu thực cho

En

nảu trản ch c trững cho chuyn ởng dồc theo phữỡng phĂp tuyán

22


vợi mt phng cừa hố thá nông (dồc theo toÔ ở trửc
trong mt phng

xy

0z ).


Chuyn ởng

(song song vợi mt phng hố thá nông) khổng b Ênh

hững bi hố thá nông.

Trong mt phng õ, cĂc hÔt dăn chuyn ởng

giống nhữ cĂc hÔt tỹ do v ữủc c trững tữỡng tỹ nhữ trong vêt liằu
khối bi dÔng parabolic cừa phờ nông lữủng liản tửc vợi khối lữủng hiằu
dửng

m .

Nông lữủng tờng cởng cừa hằ lữủng tỷ hoĂ kẵch thữợc l phờ

kát hủp giĂn oÔn - liản tửc, thnh phƯn giĂn oÔn mổ tÊ chuyn ởng
theo hữợng cõ sỹ lữủng tỷ hoĂ, cỏn thnh phƯn liản tửc cõ quan hằ tợi
chuyn ởng trong mt phng cừa hố thá:

p2x + p2y
E = En +
,
2m
vợi

px

v


py

(1.4)

l cĂc thnh phƯn ởng lữủng tữỡng ựng.

Sỹ bián ời phờ

nông lữủng nhữ vêy gƠy ra nhỳng khĂc biằt Ăng k trong tĐt cÊ tẵnh
chĐt iằn tỷ cừa hằ so vợi cĂc mău khối.
liản tửc cừa phờ nông lữủng

En

nông lữủng

p2x +p2y
2m

Lữu ỵ rơng do cõ thnh phƯn

cĂc iằn tỷ thuởc vã cũng mởt mực

cõ th cõ giĂ tr nông lữủng bĐt kẳ trong khoÊng tứ

tợi vổ cỹc (hẳnh 1.1).

TĐt cÊ cĂc trÔng thĂi cõ cũng giĂ tr

n


En

xĂc nh Â

cho thữớng ữủc gồi l thuởc vã vũng con lữủng tỷ hoĂ do giÊm kẵch thữợc.

Ta thĐy,  sỹ lữủng tỷ hoĂ phờ nông lữủng trong cĂc cĐu trúc hằ
thĐp chiãu cõ th tỗn tÔi trong mồi hiằu ựng quan sĂt ữủc thẳ khoÊng
cĂch giỳa cĂc mực nông lữủng

En+1 En

phÊi ừ lợn.

Trữợc hát, giĂ tr

ny phÊi lợn hỡn Ăng k nông lữủng nhiằt cừa hÔt dăn:

En+1 En

kB T.

(1.5)

Vẳ trong trữớng hủp ngữủc lÔi, sỹ lĐp Ưy hƯu hát cĂc mực lƠn cên
v cĂc chuyn mực cừa iằn tỷ thữớng xây ra giỳa chúng s ngôn cÊn
quan sĂt cĂc hiằu ựng lữủng tỷ. Náu khẵ iằn tỷ suy bián v cõ mực nông
lữủng Fermi


Ef ,

iãu kiằn sau cƯn cõ:

E2 > E f > E 1 .

(1.6)

Trong trữớng hủp giợi hÔn ngữủc lÔi, khi
tưc

cõ

th

quan

sĂt

ữủc

hiằu

ựng

lữủng

tỷ

những biản ở tữỡng ối thu ữủc rĐt nhọ.


23

Ef
hoĂ

En+1 En , vã nguyản
do

giÊm

kẵch

thữợc,

Cỏn tỗn tÔi thảm mởt iãu


kiằn cƯn thiát  hiằu ựng lữủng tỷ hoĂ do giÊm kẵch thữợc cõ th nhên
thĐy ữủc.

Trong cĂc cĐu trúc thỹc tá, hÔt dăn luổn luổn b tĂn xÔ bi

tÔp chĐt, phonon,....XĂc suĐt tĂn xÔ ữủc c trững bi thới gian phửc
hỗi ởng lữủng



, l Ôi lữủng t lằ thuên vợi mởt c trững quan trồng


khĂc cừa hÔt dăn - ở linh ởng cừa hÔt dăn

,

à=

e
m .

Thới gian phửc hỗi

ữủc nh nghắa l thới gian sống trung bẳnh cừa hÔt dăn trÔng thĂi

lữủng tỷ vợi bở cĂc số lữủng tỷ xĂc nh  cho
lẵ bĐt nh, giĂ tr hỳu hÔn cừa



(n, px , py ).

Theo nguyản

gƠy ra trong viằc xĂc nh giĂ tr nông

lữủng trÔng thĂi  cho sai số vo cù

E

.


TĐt nhiản, viằc tẵnh toĂn

dỹa trản cỡ s cĂc mực nông lữủng giĂn oÔn phƠn cĂch nhau trong hằ
ang xt ch cõ nghắa khi khoÊng cĂch giỳa hai mực liản tiáp thoÊ mÂn:

En+1 En



=

e
.
m à

(1.7)

Cõ th thĐy biu thực (1.7) tữỡng ữỡng nhữ iãu kiằn quÂng ữớng
tỹ do trung bẳnh cừa hÔt dăn phÊi lợn hỡn chiãu dƯy cừa mng mọng

a.

Theo cỡ hồc lữủng tỷ, sỹ lữủng tỷ hoĂ cĂc mực nông lữủng xây ra Êm
bÊo cĂc hÔt chuyn ởng tuƯn hon. Tuy nhiản, iãu ny ch xây ra khi tĂn
xÔ ừ yáu sao cho khoÊng cĂch giỳa hai lƯn tĂn xÔ, hÔt dăn  kp thỹc
hiằn vi dao ởng, nghắa l hÔt dăn  vữủt qua chiãu dy mng mọng vi
lƯn.

Tứ biu thực (1.3), ta thĐy khoÊng cĂch giỳa cĂc mực lữủng tỷ hoĂ


do giÊm kẵch thữợc t lằ vợi

1
a2 ,

do õ:  quan sĂt cĂc hiằu ựng lữủng tỷ

hoĂ do giÊm kẵch thữợc ỏi họi mng mọng cõ chiãu dy nhọ, nhiằt ở ừ
thĐp, ở linh ởng hÔt dăn cao v mêt ở hÔt dăn ừ thĐp[2, 3, 6].

Ngoi ra, cỏn phÊi thoÊ mÂn thảm mởt iãu kiằn cừa hiằu ựng lữủng
tỷ hoĂ do giÊm kẵch thữợc, õ l chĐt lữủng bã mt cao. Sỹ phÊn xÔ cừa
hÔt dăn tÔi bã mt cừa mng mọng phÊi gƯn nhữ l phÊn xÔ gữỡng, hay
nõi cĂch khĂc, thnh phƯn ởng lữủng cừa hÔt dăn song song vợi bã mt
phÊi ữủc bÊo ton trong phÊn xÔ.

 Êm bÊo hÔt dăn phÊn xÔ gữỡng

trản bã mt mng mọng, chiãu di bữợc sõng De Broglie

D

cừa chúng

phÊi lợn hỡn kẵch thữợc c trững cừa ở gỗ ghã, c im m bĐt kẳ bã
mt no cụng khõ trĂnh khọi.

Ngoi ra, bã mt cừa mng mọng khổng

ữủc chựa mêt ở cao cĂc tƠm tẵch iằn, nguyản nhƠn gƠy thảm cĂc tĂn

xÔ phử ối vợi hÔt dăn.

24


1.2

Hm sõng v phờ nông lữủng cừa iằn tỷ trong
cĂc cĐu trúc hằ thĐp chiãu

1.2.1

Hằ hai chiãu

Hố lữủng tỷ (quantum wells) l mởt cĐu trúc bĂn dăn thuởc hằ iằn
tỷ chuân hai chiãu, ữủc cĐu tÔo bi cĂc chĐt bĂn dăn cõ hơng số mÔng
xĐp x bơng nhau, cõ cĐu trúc tinh th tữỡng ối giống nhau.

Tuy nhiản,

do cĂc chĐt bĂn dăn khĂc nhau cõ ở rởng vũng cĐm khĂc nhau, do õ tÔi
cĂc lợp tiáp xúc giỳa hai loÔi bĂn dăn khĂc nhau s xuĐt hiằn ở lằch
vũng hoĂ tr v vũng dăn. Náu chúng ta tÔo ra hai lợp d tiáp xúc cừa hai
chĐt bĂn dăn bơng phữỡng phĂp Epitaxy chũm phƠn tỷ (MBE) hay kát
từa hỡi kim loÔi hoĂ hỳu cỡ (MOCVD) thẳ cõ th xây ra mởt số khÊ nông:

Hẳnh 1.2: Mổ hẳnh hoĂ vũng nông lữủng:

(a) ối vợi d tiáp xúc; (b) ối vợi hng ro thá;


(c) ối vợi hố lữủng tỷ.

1.

CĂc iằn tỷ trong bĂn dăn vũng cĐm hàp s b phÊn xÔ khi chúng

án d tiáp xúc tứ bản phÊi, vẳ thá chúng b giam giỳ trong lợp bĂn dăn
vũng cĐm hàp (mổ tÊ trản hẳnh (1.2a). CĂc iằn tỷ trong bĂn dăn cõ vũng

25