Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время системы пониженной размерности (двумерные, одномерные и нульмерные) играют значительную роль при проектировании и исследовании различных наноразмерных устройств. Динамически двумерной называют систему электронов или дырок, движение которых свободно только в двух пространственных измерениях, а их движению в третьем измерении соответствует дискретный энергетический спектр. При этом в двумерных системах удается эффективно изучать такое интересное явление, как, например, квантовый эффект Холла, позволяющий более глубоко исследовать фундаментальные механизмы электрон-электронных корреляций. Лидирующие позиции с точки зрения возможных областей приложения занимают такие истинно двумерные системы как графен и графан [1,2]. Авторы большого числа экспериментальных и теоретических работ предлагают использовать такие системы в различных областях современной электроники, оптоэлектроники, планарной оптики, спинтроники и т.д. Основной задачей физики двумерных систем является определение того, как внешние факторы (температура, электрическое поле, магнитное поле, электромагнитное излучение) влияют на их характеристики. Для практического использования таких структур является необходимым не только понимание физических свойств носителей заряда в этих системах, но и наличие эффективных методов управления этими свойствами в физическом эксперименте.
Одним из фундаментальных квантовых эффектов, имеющих двумерную природу, является эффект Ааронова-Бома [3], интерес к которому не угасает и в настоящее время, о чем свидетельствует обширный список публикаций но данной тематике [4-6]. Интерес к эффекту Ааронова-Бома связан также и с тем, что с его помощью удается управлять относительной фазой волновой функции частицы и, следовательно, различными наблюдаемыми характеристиками носителей заряда в двумерных структурах. При этом экспериментальная реализация такого управления известна уже с начала восьмидесятых годов прошлого столетия, в связи с чем использование этого эффекта имеет несомненную актуальность для квантовой электроники и оптоэлектроники.
Исторически была рассмотрена проблема двумерного кулоновского потенциала Коном н Латтинжером еще в 1955 году [7] в связи с исследованием
свойств носителей заряда в сильно анизотропных кристаллах. В дальнейшем, проблема двумерного кулоновского потенциала и, в частности, двумерного атома водорода исследовалась в целом ряде теоретических работ [8 -11]. Вопрос же о поведении электрона в таком потенциале с учетом присутствия потока Ааронова-Бома начал исследоваться сравнительно недавно [12,13]. Открытие графана, представляющего собой графен связанный с атомарным водородом, резко увеличивает интерес к двумерным системам, содержащим источники кулоновского поля, особенно в присутствии внешнего магнитного поля. Кроме того, бурное развитие методов спектроскопии низкоразмерных систем и пленарной оптики позволяет надеяться на успешное использование таких структур в современной нанооптоэлек-тронике.
Таким образом, можно сделать вывод, что рассмотрение излучатель-ных процессов в двумерном атоме водорода в присутствии потока Ааронова-Бома является актуальной задачей.
Цели работы
Основными целями данной диссертационной работы являются:
-
Исследование свойства двумерного кулоновского потенциала в присутствии потока Ааронова-Бома. Изучение состояний электрона в такой системе на основе анализа точных волновых функций дискретного и непрерывного спектров.
-
Анализ явных аналитических выражений для сил осцилляторов переходов между состояниями дискретного спектра, а также переходов между состояниями дискретного и непрерывного спектров. Исследование поляризуемости состояний дискретного спектра и влияния потока Ааронова-Бома на поляризуемость рассматриваемой системы.
-
Исследование излучательных процессов, в сопровождающие процессы рассеяния рассматриваемой системы.
Научная новизна работы
Впервые даны явные аналитические выражения для сил осцилляторов переходов между состояниями дискретного спектра, а также между состояниями дискретного и непрерывного спектров электрона в
двумерном кулоновском потенциале в присутствии потока Ааронова-Бома.
Впервые исследовано влияние потока Ааронова-Бома на поляризуе
мость в системе "2D Кулон + поток Ааронова-Бома".
Положения, выносимые на защиту
-
Анализ точных волновых функций электрона в 2D кулоновском потенциале в присутствии потока Ааронова-Бома в перелятивистском приближении.
-
Исследование характеристик излучательных процессов (сил осцилляторов переходов и влияния потока Ааронова-Бома на поляризуемость) в системе "2D Кулон + поток Ааронова-Бома".
Практическая значимость работы
С помощью силы осциллятора можно находить вероятности спонтанного и вынужденного испускания и поглощения света, поляризуемости атомов, ширины уровней энергии и спектральных линий.
С помощью динамической поляризуемости можно характеризовать отклик системы на внешнее воздействие и определить, в частности, частотные зависимости диэлектрической проницаемости и показателя преломления заданной системы. Универсальность данной характеристики позволяет успешно применять ее как для макроскопических объектов, так и для микроскопических квантовых структур.
Апробация результатов работы
Основные результаты диссертации представлялись и докладывались на следующих конференциях: VII Международной научно-технической конференции "Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения" "INTERMATIC - 2009" (Москва, 2009), VIII Международной научно-технической конференции "Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения" "INTERMATIC - 2010" (Москва, 2010), XIII Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter "Phonons-2010" (Taipei, Taiwan, 2010), XII Международной конференции "Физика диэлектриков" "Диэлектрики - 2011" (Санкт-Петербург, 2011), The International Quantum Electronics
Conference and The Conference on Lasers and Electro-Optics "IQEC/CLEO Pacific Rim - 2011" (Sydney, Australia, 2011).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ в форме статей и тезисов докладов. Из них 8 статей, 4 в журналах перечня ВАК.
Личный вклад автора
Автором лично проведены аналитические и численные расчеты, представленные в диссертации. Совместно с соавторами проводились обсуждения и интерпретация основных результатов, формулировались выводы по тематике исследования, а также производилась подготовка публикаций в печать. Результаты, составляющие содержание положений, выносимых на защиту, получены автором лично.
Структура и объем диссертации
