Sunday, Jan 23rd

Luận văn - Luận án Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu động lực học của hạt tải và các dao động trong một số bán dẫn có cấu trúc nano

Nghiên cứu động lực học của hạt tải và các dao động trong một số bán dẫn có cấu trúc nano

Họ và tên NCS: Lê Thị Ngọc Bảo

Tên luận án: Nghiên cứu động lực học của hạt tải và các dao động trong một số bán dẫn có cấu trúc nano

Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán

Mã số: 9 44 01 03

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Đinh Như Thảo

Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế

Những đóng góp mới của luận án

Đã nghiên cứu động lực học của hạt tải, đặc biệt động lực học siêu nhanh của hạt tải bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo tập hợp tự hợp trong cấu trúc đi-ốt phát quang. Đã xây dựng thành công một chương trình con để tìm nghiệm của phương trình Poisson ba chiều dựa trên thuật toán BiCGstab(l). Chương trình này sau đó được tích hợp vào một chương trình mô phỏng ba chiều đi-ốt p-i-n bán dẫn GaAs bằng phương pháp Monte Carlo tập hợp tự hợp nhằm kiểm tra hiệu năng của nó. Kết quả mô phỏng thu được là phù hợp với các công trình đã công bố trước đây. Chương trình con Poisson dựa trên thuật toán BiCGstab(l) với l=5 sẽ cho kết quả điện thế chính xác hơn với độ lớn của các phần tử của véc-tơ thặng dư nhỏ một cách đồng đều và ổn định hơn.

Đã nghiên cứu phổ hấp thụ của exciton dưới tác dụng của sóng bơm laser cộng hưởng với hiệu hai mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử trong các cấu trúc chấm lượng tử hình cầu, hình ellip dạng thuẫn và hình ellip dạng dẹt bằng phương pháp hàm sóng tái chuẩn hóa. Đã đưa ra được biểu thức xác suất hấp thụ trong một đơn vị thời gian trong các cấu trúc chấm lượng tử này. Kết quả của chúng tôi cho thấy, khi có sóng bơm cộng hưởng với hiệu hai mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử thì hai đỉnh hấp thụ mới của exciton xuất hiện như là bằng chứng rõ ràng về sự tồn tại của hiệu ứng Stark quang học của exciton trong các cấu trúc chấm lượng tử này. Biên độ và vị trí của hai đỉnh hấp thụ này phụ thuộc chủ yếu vào độ lệch cộng hưởng giữa sóng bơm laser và hiệu hai mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử. Đặc biệt, kết quả cho thấy độ lớn của hai đỉnh hấp thụ phụ thuộc rất nhạy vào độ lệch cộng hưởng và càng nhạy khi kích thước của chấm lượng tử càng nhỏ.

Đã đưa ra được biểu thức cường độ hấp thụ trong trường hợp không có và có tác dụng của laser bơm cộng hưởng với hiệu hai mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử bằng cách sử dụng phương pháp hàm sóng tái chuẩn hóa trong các cấu trúc chấm lượng tử hình cầu, hình ellip dạng thuẫn và hình ellip dạng dẹt. Kết quả tính toán của chúng tôi cho thấy, khi có sóng bơm cộng hưởng với hiệu hai mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử thì trong đồ thị cường độ hấp thụ phụ thuộc thời gian xuất hiện dạng dao động với tần số bằng hai lần tần số Rabi của điện tử. Điều này chứng tỏ sự tồn tại hiện tượng phách lượng tử trong các cấu trúc chấm lượng tử này. Đồng thời kết quả tính số cũng đã chỉ ra rằng, tần số hay chu kỳ của phách lượng tử phụ thuộc vào độ lệch cộng hưởng giữa laser bơm và hiệu hai mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử cũng như phụ thuộc vào bán kính của chấm lượng tử (đối với chấm lượng tử hình cầu) hay tỉ số χ=b/a (đối với chấm lượng tử hình ellip).

Ngoài những đóng góp về nội dung, luận án góp phần khẳng định tính hiệu quả và sự đúng đắn của các phương pháp cơ học lượng tử cũng như phương pháp hàm sóng tái chuẩn hóa để nghiên cứu phổ hấp thụ của exciton trong các cấu trúc chấm lượng tử bán dẫn.

THE NEW CONTRIBUTIONS OF THE THESIS

Information

Full name of PhD student: Le Thi Ngoc Bao

Title of the thesis: Studies on carrier dynamics and oscillations in several nanostructured semiconductors

Mojor: Theoretical Physics and Mathematical Physics

Code: 9 44 01 03

Training course: 2015-2019

Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Dinh Nhu Thao

Training institution: Hue University of Education, Hue University

The new contributions of the thesis

Through this thesis, we have obtained the new results as follows:

We have studied the dynamics of carriers, especially the ultrafast carrier dynamics of carriers using the Self- consistent ensemble Monte Carlo method in GaAs p-i-n diodes. We have built successfully a subroutine for solving three-dimensional Poisson’s equation based on the BiCGstab(l) algorithm. This subroutine was incorporated into the 3D simulation program in GaAs p-i-n diodes using a self-consistent ensemble Monte Carlo method to test its efficiency. The simulation results are fit with previous studies. The subroutine for solving three-dimensional Poisson’s equation based on the BiCGstab(l) algorithm with l=5 gives the electric potential results more accurate than with the norm of the residual vector is equally small and stable;

We have studied on the absorption spectrum of exciton under the effect of a strong pump laser which is resonant with two quantized levels of electrons in spherical, prolate ellipsoid and oblate ellipsoid quantum dots using renormalization wavefunction formulation. We have studied the expression of the probability of absorption in a unit of time in these quantum dot structures. The results showed that, in the presence of the resonant strong laser which is resonant with two quantized levels of an electron, two new absorption peaks of excitons appear in the absorption spectrum as a clear indication of the optical Stark effect of exciton in these quantum dot structures. The amplitude and position of these two absorption peaks depend essentially on the detuning magnitude between the pump field and two electron-quantized energy levels. Especially, the results also showed that the value of two peaks depend on pump field detuning and these dependencies are stronger with smaller dot size;

We have obtained the expression of the time-dependent intensity of absorption in the case without and with the effect of pump which is resonant with two quantized levels of electrons using renormalization wavefunction formulation in spherical, prolate ellipsoid and oblate ellipsoid quantum dots. The results showed that, in the presence of the resonant strong laser, there appears oscillations at twice the electron Rabi frequency in the curve of the intensity of absorption. The results provide clear evidence of the existence of the quantum beats of excitons in these quantum dot structures. The results also showed that frequency or period of the quantum beats of excitons depends essentially on the detuning magnitude between pump laser and two-electron quantized energy levels as well as the radius of quantum dots (for spherical quantum dots) or depends on χ=b/a (for ellipsoidal quantum dots).

In addition to the contributions to the content, the thesis contributes to confirming the effectiveness and correctness of quantum mechanical methods as well as the renormalization wavefunction method to study the exciton absorption spectrum in the semiconductor quantum dot structures.

 

File đính kèm:
Download this file (DONGGOPMOI.pdf)DONGGOPMOI.pdf[ ]608 Kb
Download this file (NOIDUNGLA.pdf)NOIDUNGLA.pdf[ ]3607 Kb
Download this file (TOMTATLA.pdf)TOMTATLA.pdf[ ]4993 Kb