Введение к работе
Актуальность темы. Процессы поглощения электромагнитного излучения электронами в полупроводниках, которые сопровождаются поглощением или испусканием оптических фононов, хорошо изучены теоретически и экспериментально [1]. Это поглощение - циклотрон - фононный резонанс (ЦФР) дает важную информацию об электронном энергетическом спектре и предельных частотах оптических фононов, а также о параметрах электрон - фононного рассеяния.
В последнее время появились и работы посвященные исследованиям такого поглощения и в низкоразмерных структурах [2,3]. Важно отметить, что расчет величины поглощения может быть осуществлен при использовании обычных методов, основанных на теории возмущений.
Наличие, удерживающего электроны, латерального потенциала в низкоразмерных системах приводит к резонансному поглощению, обусловленному размерным квантованием [4], а при наличии еще и квантующего магнитного поля - к резонансным электронным переходам на гибридных частотах: гибридно - фононные резонансы [2,3].
Коэффициент поглощения в квазидвумерной наноструктуре найден в [2]. В этой задаче поглощение фотона сопровождается рассеянием электронов на оптических фононах. Исследовано резонансное поглощение и найдены условия резонансов. В квазидвумерной системе расположенной во внешних электрических и магнитных полях исследовалось внутризон-ное поглощение света [5]. В этой работе исследованы непрямые переходы, когда рассеяние электрона происходит на примесном центре.
В трехмерной анизотропной параболической квантовой точке, помещенной в магнитное поле, показано существование гибридно - фононных резонансов [3], а в трехмерной анизотропной параболической квантовой проволоке, помещенной в магнитное поле, показано наличие гибридно - примесных резонансов [6].
Важность этих и других исследований проведенных в последних годы обусловлена возможностью использования низкоразмерных систем в инфракрасных детекторах. При этом наличие внешнего магнитного поля позволяет управлять рабочей частотой инфракрасного детектора и внутризонным поглощением света.
В диссертационной работе рассмотрен коэффициент поглощения света электронами квантового канала. Такой канал формируется в квазидвумерном электронном газе за счет двух удерживающих потенциалов. Одним из них в диссертации выбран параболический потенциал, а другим прямоугольная квантовая яма или 5 - потенциал. Актуальность проведенных исследований определяется той информацией, которую можно получить из условий наблюдения резонансов.
Цель и задачи диссертационной работы.
Целью работы является теоретическое исследование коэффициента поглощения электромагнитного излучения электронами квазиодномерного квантового канала, в том числе и помещенного в квантующее магнитное поле. Рассмотрены независимые электроны в приближении эффективной массы. Электронные переходы с поглощением фотона сопровождаются рассеянием электронов на оптических фононах. Вычисление коэффициента поглощения основано на методе теории возмущений во втором порядке по электрон-фотонному и электрон-фононному взаимодействиям.
В диссертации решены следующие задачи
Исследован коэффициент поглощения электромагнитного излучения в квантовом канале для DO и РО механизмов электрон-фононной связи.
Получен коэффициент поглощения электромагнитного излучения в квантовом канале с параболическим потенциалом конфайнмента т*ш^у2/2. В качестве второго удерживаю-
щего потенциала выбран потенциал "жесткой"стенки (прямоугольная потенциальная яма). Исследован случай поперечного, по отношению к каналу, магнитного поля. При рассмотрении рассеяния электронов на оптических фононах использованы DO (деформационный) и РО (поляризационный) механизмы электрон-фононной связи.
Получен коэффициент поглощения электромагнитного излучения в квантовом канале со вторым удерживающим потенциалом: 5 - потенциалом для DO и РО механизмов электрон-фононной связи.
Проведено сравнение двух полученных коэффициентов для РО рассеяния, а также для DO рассеяния. Установлено как влияет магнитное поле на коэффициент поглощения и как изменяет условия резонансов.
Исследован коэффициент поглощения каналом с учетом переворота электронного спина. Рассмотрен случай, когда переворот спина электрона происходит из-за взаимодействия электронов с оптическими фононами.
Научная новизна полученных результатов.
Найден коэффициент поглощения электромагнитного излучения электронами квантового канала для РО и DO механизмов электрон-фононной связи. Исследована интенсивность поглощения и установлены резонансные частоты.
Показано, что наличие параболического потенциала конфайнмента приводит к гибридизации магнитного и размерного квантования.
Изучен коэффициент поглощения электромагнитного излучения электронами квантового канала, находящегося в поперечном квантующем магнитном поле с учетом рассеяния на оптических фононах для РО и DO механизмов электрон-фононной связи. Показан резонансный характер поглощения и найдены резонансные частоты. Исследована зависимость поглощения от частоты излучения и магнитного поля.
Изучено поглощение электромагнитного излучения электронами квантового канала для РО и DO механизмов электрон-фононной связи с двумя типами удерживающих потенциалов.
Найден коэффициент поглощения электромагнитного излучения электронами квантового канала в поперечном магнитном поле, когда в результате резонансных электронных переходов происходит переворот электронного спина, вследствии взаимодействия электронов с поперечными оптическими фононами. Эти исследования дополняют картину резонансного поглощения электромагнитного излучения квантовым каналом.
Практическая ценность работы.
Полученные в работе результаты представляют интерес для экспериментального исследования оптических свойств низкоразмерных систем.
Теоретическое исследование поглощения излучения в квантовых проволоках (каналах) представляется необходимым в связи с их возможным применением в инфракрасных детекторах излучения.
Основные научные положения выносимые на защиту.
Установлен резонансный характер поглощения электромагнитного излучения электронами квантового канала. Показан асимметричный вид резонансных кривых, найдены резонансные частоты.
Поглощение электромагнитного излучения электронами квантового канала, расположенного в магнитном поле, также носит резонансный характер. Установлена асимметричная форма резонансных кривых вне зависимости от типа электрон-фононной связи. Резонансы проявляются на мультигибридных частотах. Исследовано как магнитное поле изменяет резонансные условия поглощения излучения.
3. Рассмотрение задачи о поглощении электромагнитного излучения электронами квантового канала с переворотом электронного спина также приводит к резонансному характеру поглощения. В этой задаче спин электрона переворачивается вследствии взаимодействия с оптическими фононами. Рассмотрено взаимодействие электронов с поперечными оптическими фононами. Форма резонансных кривых имеет асимметричный вид как и в случае переходов без переворота спина.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на всероссийской научной школе "Материалы нано- микро- и оптоэлектроники: физические свойства и применение "(Саранск, 2006 г.), всероссийской научной школе "Материалы нано- микро- и оптоэлектроники: физические свойства и применение "(Саранск, 2008 г.)
Личный вклад. Личный вклад автора в работу заключается в участии в решении поставленных задач, а также интерпретации полученных результатов. Численный анализ проведен автором самостоятельно.
Публикации. Содержание результатов исследований проведенных в диссертации отражены в 7 публикациях, из них 2 - статьи в ведущих журналах по физике, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы. Диссертация содержит 139 страниц текста, включая 14 рисунков. Список литературы содержит 114 наименований.
