Введение к работе
Актуальность темы- Развитие микро- и намотехнодогий сделало возможным создание квантово-размерных электронных систем различной эффективной размерности (квазидвумерные тонкие пленки, квазиодномерные нити и трубки различных поперечных сечений, кпаэинульмерные квантовые точки, а также суперрешетки) и-стимулировало их двільнейшее теоретическое и экспериментальное исследование.
Известно, что многие физические свойства коидгнсированных сред определяются энергетическим спектром квазичасгиц и чх взаимодействием между собой. Эффективная размерность электронной системы существенно влияет на характер энергетического спектра киазичастпц. В частности, понижение размерности электронной системы приводит к уменьшению числа конечных состояний при рассеянии электронов и, следовательно, к увеличению электронной подвижности, делая такие системы перспективными при создания быстродействующих элементов в микро- н наноэлектроноке. Кроме того, от размерности и симметрии системы значительно зависят как размерное квантование энергетического спектра, так и одночастич-ные потенциалы внутри системы и на больших: расстояниях от нее. Так, вследствие увеличения напряженности эффективного кулоновского поля внутри системы при уменьшении размерности в .толупроводниках наблюдается значительно); возрастание энергии связи примесных атомов. Эти и другие особенности делают свойства низкоразмерных систем весьма нетривиальными и открывают широкие перспективы их использования в самых разных областях физики. В настоящее время на основе низкоразмерных систем ведется активная разработка, новых типов люминесцирующих экранов, солнечных батарей, различного рода фотодетекторов и фотоумножителей.
К настоящему моменту большинство теоретических и экспериментальных исследований относится к низкоразмерным полупроводниковым структурам и было проведено в рамках приближения случайных фаз. Однако, изучение квадкодкомерных металлических нитей также представляет боль-
шой интерес. В частности, в последнее время интенсивно исследуются свойства металлических контактов различной формы и размерности. Кроме того, исследования свойств металлических нитей могут выявить многие характерные особенности, присущие низкоразмерным электронным системам.
Целью данной работы является исследование в рамках функционала плотности электронной структуры и оптических свойств нитей простых металлов, находящихся в вакууме и различных диэлектрических средах.
Научная новизна: На основе теории функционала электронной плотности создана эффективная методика расчета электронной структуры и линейного отклика металлических нитей на внешнее электрическое поле. Автором впервые:
рассчитана электронная структура нитей простых металлов; получены размерные зависимости потенциала ионизации и ширины заполненной энергетической области; проанализировано влияние диэлектрического окружения на свойства системы в основном состоянии;
получена статическая поляризуемоть и коэффициент экранировг.ния металлических нитей; показано, что увеличение диэлектрической проницаемости среды приводит к уменьшению статической поляризуемости;
проведен расчет динамической поляризуемости а(ш) нитей различных радиусов; исследованы коллективные п одночастичные возбуждения в металлических нитях и влияние на них диэлектрического окружения;
исследовано влияние межэлектронного взаимодействия на спектры фотопоглощения; проанализированы фазы колебаний индуцированной электронной плотности и плотности тока в области поверхностного плазменного резонанса.
Основные положения;, пьшоснмые на защиту: 1. Методика расчета электронной структуры и оптических свойств нитевидных кристаллов простых металлов.
-
Размерные зависимости потенциала ионизации и ширины заполненной энергетической области имеют осциллирующий характер; основной вклад в эффективный потенциал вносит обменно-корреляционная пасть; при увеличении диэлектрической проницаемости среды размерная зависимость потенциала ионизации смещается как целое вниз, а ширина заполненной энергетической области практически не меняется.
-
Рассчитанная статическая поляризуемость а металлических нитей больше классического значения ас\ = jR2/2; поведение статической поляризуемости нитей простых металлов при увеличении диэлектрической проницаемости среды определяется плотностью валентных: электронов и радиусом нити: чем больше плотность валентных электронов и радиус нити, тем медленнее убывает статическая поляризуемость (может даже наблюдаться увеличение а при достаточно малых rs и больших радиусах нити).
-
Коллективные плазменные резонглсы для нитей Na, находящихся в вакууме и в различных диэлектрическая средах сдвшнуты в сторону низких энергий по сравнению с результатами классической электродинамики; при увеличении диэлектрической: проницаемости среды пики фотопоглощения, связанные с одночастинними переходами сдвигаются в "красную" область медленнее, чем mirai, соответствующие коллективным возбуждениям, что приводит к смещению поверхностного плазмона ез области непрерывного спектра (для нитей Na в вакууме) в область перед порогом ионизации (для нитей Na в диэлектрических средах}.
5. В области поверхностного плазменного резонанса плотность тока ос
циллирует в фазе с внешним электрическим полем, что свидетельствует о
резонансном характере движения электронов.
Научная и практическая значимость работы. Разработай эффективным подход к исследованию электронных свойств нитевидных кристаллов простых металлов, реализозашшй в комплексе компьютерных программ. Предложенная методика может быть использована для расчета электронной структуры и оптических свойств других элек-
тронных систем, обладающих аксиальной симметрией.
Впервые рассчитана электронная структура, поляризуемость и спектры фотопоглощения металлических нитей с ісвантово-размерньши поперечными сечениями, находящихся в вакууме и различных диэлектрических средах.
Предсказаны новые свойства нитевидных кристаллов, которые могут найти применение в микро-, нано- и оптоэлектронике.
Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на IX Международном симпозиуме "Малые частицы и неорганические кластеры'' (Лозанна, 1998); XV Всероссийской ваучной школе-семинаре "Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь" (Екатеринбург, 1997); Всероссийской конференции "Микроэлектроника и информатика - 98" (Москва, 1998); а также на научных сессиях физического факультета ВГУ.
Основной материал диссертации опубликован в 7 работах, список которых приводится в конце автореферата.
Структура в объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, заключения и списка цитируемой литературы из 106 наименований. Материал изложен на 106 страницах и содержит 24 рисунка.