hocnq-VẬT LÝ BÁN DẪN THẤP CHIỀU-C4.pptx

56
Chương 4: Các hố lượng tử và các hệ thấp chiều Các điện tử thực là các điện tử 3 chiều nhưng chúng có thể được tạo ra để xử sự dường như chúng chỉ tự do chuyển động theo số chiều ít hơn. Điều này có thể đạt được bằng cách bẫy chúng trong một hố thế hẹp để giới hạn chuyển động của chúng theo 1 chiều tới các mức năng lượng gián đoạn. Nếu sự tách ra giữa các mức năng lượng này là đủ lớn, các điện tử dường như bị đóng băng vào trong các trạng thái cơ bản và không thể có chuyển động theo chiều này. Kết quả là một khí điện tử 2 chiều (2DEG). Cùng một hiệu ứng có thể đạt được với một hố thế 2 chiều nhằm làm cho các điện tử chỉ chuyển động tự do theo 1 chiều. Đó là một dây lượng tử. Phần đầu của chương này liên quan đến một số hố thế 1 chiều đơn giản dùng để bẫy các điện tử. Không thể tạo ra hố vuông góc sâu vô hạn trong thực tế nhưng tính đơn giản của hố này làm cho nó trở thành một mô hình được sử dụng thường xuyên. Hố có độ sâu hữu hạn cung cấp một sự mô tả tốt hơn nhiều đối với một hố lượng tử thực. Các hố parabol có thể được nuôi bằng cách thay đổi thành phần của bán dẫn một cách liên tục nhưng hố thế này liên quan nhiều nhất đến nghiên cứu từ trường. Ví dụ cuối cùng là một hố thế tam giác mà nó được dùng như một mô tả thô đối với 2DEG tạo thành tại một dị

Transcript of hocnq-VẬT LÝ BÁN DẪN THẤP CHIỀU-C4.pptx

Chng 4: Cc h lng t v cc h thp chiu

Chng 4: Cc h lng t v cc h thp chiu Cc in t thc l cc in t 3 chiu nhng chng c th c to ra x s dng nh chng ch t do chuyn ng theo s chiu t hn. iu ny c th t c bng cch by chng trong mt h th hp gii hn chuyn ng ca chng theo 1 chiu ti cc mc nng lng gin on. Nu s tch ra gia cc mc nng lng ny l ln, cc in t dng nh b ng bng vo trong cc trng thi c bn v khng th c chuyn ng theo chiu ny. Kt qu l mt kh in t 2 chiu (2DEG). Cng mt hiu ng c th t c vi mt h th 2 chiu nhm lm cho cc in t ch chuyn ng t do theo 1 chiu. l mt dy lng t. Phn u ca chng ny lin quan n mt s h th 1 chiu n gin dng by cc in t. Khng th to ra h vung gc su v hn trong thc t nhng tnh n gin ca h ny lm cho n tr thnh mt m hnh c s dng thng xuyn. H c su hu hn cung cp mt s m t tt hn nhiu i vi mt h lng t thc. Cc h parabol c th c nui bng cch thay i thnh phn ca bn dn mt cch lin tc nhng h th ny lin quan nhiu nht n nghin cu t trng. V d cui cng l mt h th tam gic m n c dng nh mt m t th i vi 2DEG to thnh ti mt d

Chng 4: Cc h lng t v cc h thp chiu chuyn tip pha tp. Tip theo ta s xt xem lm th no cc h th ny lm cho cc in t x s dng nh chng l 2 chiu. Cc phn cui lin quan ti s giam cm nhiu hn na cho cc h 1 chiu hoc 0 chiu v mt vi chi tit thay i do cc khi lng hiu dng khc nhau trong cc d cu trc. Ta s xem xt cc h 1, 2 v 3 chiu v iu quan trng l cn c mt k hiu r rng phn nh iu ny. Gi z l hng nui v hng ny vung gc vi cc mt phng ca mt cu trc xp thnh lp. Vect l vect 2 chiu vung gc vi z. Vect l vect 3 chiu.4.1. H vung gc su v hn H vung gc su v hn l v d n gin nht ca mt h lng t. N cng c xem xt chng 1. so snh vi h su hu hn, ta ly gc ta ti chnh gia h sao cho V(z) = 0 trong vng a/2 < z < a/2 v cc ro th cao v hn chng li cc ht by i ra khi vng ny. Ta dng ta z thay cho cho x trong chng ny v n qui c c s dng k hiu hng nui trong cc d cu trc. Cc hm sng l

4.1. H vung gc su v hn

vi nng lng

Cc hm sng l cc hm chn ca z i vi n l (tnh chn l dng (trng thi chn)) v c tnh chn l m (trng thi l) i vi n chn vi trng thi thp nht l trng thi chn. Cc kt qu ca m hnh ny l n gin n mc chng c s dng rng ri bt k bn cht khng thc ca chng.4.2. H vung gc su hu hn Cc h lng t c to ra trong h GaAs AlGaAs l xa vi trng hp l tng ho ca su hu hn. su i vi cc in t c thit lp bi gin on trong CB m n thng c gi di khong 0,3 eV trnh vn ca mt khe vng gin tip trong AlGaAs.Gin on trong

3

4.2. H vung gc su hu hn trong VB thm ch nh hn mc d n c b tr bi khi lng hiu dng ln hn. Cc su ny l kh nh i vi nhiu ng dng nht l nhit phng m n khuyn khch vic s dng cc chuyn tip khc trong c v ln hn. H vung gc vi su c ch ra trn hnh 4.1. H ny cho php i vi gi tr hu hn ca hoc N cn l mt s n gin ho ng k ca mt h thc v th b un cong chng hn nu h khng trung ha in khp ni. Nng lng c o t y h cho php d dng so snh vi cc kt qu i vi h su v hn. Cc trng thi vi b by bn trong h trong khi cc trng thi vi c th lanHnh 4.1. H vung gc su hu hn trongGaAs c su eV v b rnga = 10 nm v n ch ra 3 trng thi lin kt.

4

4.2. H vung gc su hu hn . truyn t n Cc trng thi lin kt thng c m t bi nng lng lin kt B ca chng. l nng lng i hi nng in t ln t trng thi lin kt ca n sao cho n c th thot khi h. iu c ngha l Lc u ta xt cc trng thi lin kt. Cc hm sng bn trong h tng t nh cc hm sng i vi h su v hn v c cng i xng chn l (phng trnh (4.1)). Vit c 2 kh nng thnh

i vi a/ 2 < z < a/2 vi Bn ngoi h, tha mn

vi Cc nghim l vi N cn phi nh th chun ho cc hm sng v do , hm m dng trong (4.5) khi z < 0 v hm m m khi z > 0. Do cc hm sng l chn hoc l nn ch cn xt hm m m i vi z > 0 v dng i xng tm i vi z < 0.

5

4.2. H vung gc su hu hn Cc hm sng (4.3) v (4.6) by gi cn c lm khp ti z = a/2. Tnh lin tc ca i hi

Tng t, vic lm khp cc o hm cho

Cn phi thay i iu ny nu cc khi lng hiu dng trong 2 vt liu l khc nhau. Trong (4.7) v (4.8) cha bit cc h s chun ho C v D v nng lng m n xc nh k v C th loi tr C v D bng cch ly (4.8) chia cho (4.7). Khi ,

Thc ra, ta ang lm khp hm n gin N l o hm hm lga m t loi b s chun ha. T (4.9) suy ra

6

4.2. H vung gc su hu hn

Nghim ca ca phng trnh siu vit ny khng th thu c mt cch chnh xc nhng l mt bi ton tnh s d dng. C th xt cc nghim t mt th m n c s dng phng on mt gi tr ban u cho php lp li. Nu dng bin s khng th nguyn (4.11) tr thnh

Khi lng ht, su v b rng ca h b st nhp vo trong thng s khng th nguyn Thng s ny xc nh cc gi tr cho php ca v cng n gin hn vic gii phng trnh bng s dng khng th nguyn ny . C 2 v ca (4.12) c v th theo trn hnh 4.2 i vi cc in t trong mt h trong GaAs. N c v

7

4.2. H vung gc su hu hn Hnh 4.2. Nghim th ca phng trnh (4.12) i vi mt h vung gc trong GaAsvi su h v b rng a = 10nm. N cho v c 3 trng thi lin kt.

a = 10 nm m n cho Cn bc 2 v phi lun lun dng v do ta ch cn xt cc khong ca trong maim mt trong v l dng. i vi n c ngha l trong khi lm y cc khe v n dng i vi trong cc khong C cc cch khc vit li (4.12) v d nh n c th c thu gn thnh

nhng cn thn trng khi s dng la chn chnh xc ca v tri trong mi

8

4.2. H vung gc su hu hn mt khong ca Do , ta s dng biu thc ban u. Cc nghim ca (4.14) xy ra khi 2 ng ct nhau. C 3 nghim k hiu l n = 1, n = 2 v n = 3. Mt s kt qu quan trng rt ra t th ny nh sau. (i) ng cong i vi v phi ca (4.12) ct trc ti trong khi cc ng cong ca v ct ti Do , s nghim c cho bi

c lm trn ti s nguyn gn nht. iu ny chng t rng lun lun c t nht mt nghim ca (4.12). Mt h vung gc 1 chiu lun lun c t nht mt trng thi lin kt nhng lm nng hoc thu hp h (mc d trng thi c th b lin kt rt yu). Kt qu ny ng cho mi h 1 chiu ch khng phi ch i vi h vung gc. N cng ng trong trng hp 2 chiu mc d cc h nng c mt trng thi lin kt rt yu. N khng ng i vi cc h 3 chiu m chng cn phi vt qua mt bn knh hoc su ti hn tn ti mt trng thi lin kt. (ii) Xt mt h rt nng vi ch mt trng thi lin kt v nh. Ta dng

9

4.2. H vung gc su hu hn php gn ng trong (4.12) m n tr thnh N c th chuyn thnh phng trnh bc 2 vi nghim l

Du c th khng c tnh n do cn phi thc. Vic khai trin cn bc 2 theo nh l nh thc ti bc 2 cho

Do , nng lng l

Nng lng lin kt l N ph thuc vo v do l nh i vi mt h nng. (iii) Nu h l rt su, cc nghim nm trn cc phn dc ng ca cc ng cong tip gip v cc giao im tin n Khi v cc nng lng c cho bi ging nh cc nng lng i vi mt h su v hn (phng trnh (4.2)).

10

4.2. H vung gc su hu hn (iv) Tp trung vo mt nghim vi n cho nh mt hm ca Phng trnh (4.15) chng minh rng trng thi lin kt ny xut hin khi v su ca h l Trng thi ch lin kt yu v B l nh khi khng ln hn nhiu so vi n. Hng s suy gim dng hm m trong hm sng (4.5) bn ngoi h l nh v hm sng xuyn qua mt qung ng di vo trong cc ro. Xc sut tm thy ht bn trong h l nh v c o bi

Vic lm cho h su hn na dn n lm tng v trng thi tr nn lin kt tt hn. (v) c im ca cc hm sng thay i khi trng thi tr nn lin kt tt hn. Khi trng thi tr thnh trng thi lin kt trong h v o hm hu nh bng 0 ti thnh h v n c lm khp vi mt sng gim chm trong cc ro. S tng lm tng ng nng ca n cho m ti im , bin hm sng hu nh bng 0 ti cc bin v ui dng hm m ch c mt bin nh.

11

4.2. H vung gc su hu hn Hu ht cc kt qu ny p dng cho bt k h th no. Cc trng thi vi khng phi l cc trng thi lin kt. Chng ko di t n theo trc z v tt c cc nng lng u c php vi 2 nghim i vi mi nng lng. N khng c ngha l cc hm sng l cc sng phng n gin vi mt ng u mi ni. Chng b mo khi chng i qua h nht l khi nng lng ca chng khng xa trn iu ny c tnh ton theo cng mt cch nh cc ro vung gc. Mt cch ch ra s mo l vi mt trng thi a phng N c nh ngha bi (1.102) v thin v cc mc nng lng ca h vi mt hm sng ca chng ti z. Hnh 4.3. Mt trng thi a phng gia h vung gc trongGaAs c b rng 10 nm v su 0,3 eV. Kt qu i vi cc in t t do t l vi c ch ra so snh.

12

4.2. H vung gc su hu hn N c v th trn hnh 4.3 i vi tm h trn hnh 4.1. Mi mt trong 3 trng thi lin kt ng gp mt hm Trng thi lin kt th hai trong s c mt nt ti z = 0 v do mt trng thi a phng ca n trit tiu ti im ny. V th, n c ch ra nh mt ng t nt. Cc trng thi l t do i vi nhng mt trng thi a phng b mo mnh i vi cc nng lng thp v iu phn nh mt s mo ca cc sng phng bi h. c bit l tng t 0 ging nh khc vi s phn k kiu i vi cc in t t do. S mo ca cc hm sng l quan trng trong cc qu trnh trong mt in t b kch thch t mt trng thi lin kt ti mt trng thi ch ngay trn nh h v dn ti cc nh hng trng thi cui. Mt v d l s hp th quang. Mt trng thi a phng i vi l thp hn mt trng thi a phng i vi cc in t t do do mt phn ca n i vo cc trng thi lin kt. C th thu gn h vung gc ti hm Cng S c th nguyn ca nng lng nhn vi chiu di. s dng kt qu i vi h hu hn, ta ly gii hn trong khi gi l hng s. Khi , v ta c th dng kt qu i vi mt h vung gc (phng

13

4.2. H vung gc su hu hn trnh (4.20)). N chng t rng ch c mt trng thi lin kt c nng lng lin kt

4.3. H th parabol N c mt th nng c cho bi v m t mt dao ng t iu ho. Mt thc hnh vt l n gin l mt khi lng trn u ca mt l xo. Trong trng hp ny, z l di t cn bng v K l hng s l xo (o bng hoc Cc dao ng ca mng tinh th (cc phonon) cng c th c m t bi cc th parabol. Mt v d khc l mt vng c mt in tch khng i m nghim ca phng trnh Poisson c dng parabol. Cng c th nui cc h parabol bng cch thay i lin tc thnh phn ca hp kim. Mt t trng cng sinh ra mt th parabol. Mt ht c in c khi lng m chuyn ng trong th (4.23) thc hin dao ng iu ho vi tn s c tnh quan trng l tn s khng ph thuc vo bin (mc d n

14

4.3. H th parabol khng phi l duy nht i vi th parabol). Kt qu ny b hn ch trong thc hnh do th (4.23) thng l mt php gn ng ch p dng i vi z nh. Trong c hc lng t, ta cn gii phng trnh Schrodinger khng ph thuc vo thi gian

trong (4.24) c dng loi tr K nhm s dng Bc u tin l loi b v thay chng bng cc s thun ty (cc i lng khng th nguyn) . Bi ton vt l (4.25) bng cch c rt gn v mt bi ton ton hc thun ty. Ta lm iu ny bng cch nh ngha mt thang chiu di v mt thang nng lng nh di y. Vic nhn (4.25) vi cho S hng I trong mc vung c th nguyn ca nghch o bnh phng chiu di trong lc s hng II c th nguyn ca bnh phng chiu di t Do , h s trc cn phi c th nguyn ca nghch o ly tha bc 4 ca chiu di. iu gi cho ta nh ngha thang chiu di loi b

15

4.3. H th parabol h s hng s bng cch t T suy ra D dng thot khi cc i lng vt l cn li bng cch nh ngha thang nng lng sau Kt qu l phng trnh Schrodinger khng th nguyn

Lu l cc s thun ty. Ta k vng kch thc ca cc hm sng s gn ng l v s tch ra gia cc mc nng lng s gn ng l Khng th tm c cc s chnh xc m khng gii cc phng trnh nhng cc c tnh ny l c gi tr. By gi ta gii phng trnh (4.30). Ti ln, s hng c th b qua khi so snh vi v C th loi b s hng ny nu thay

vo (4.30). Mt hm m dng cng s loi b nhng hm sng c th khng c chun ho. Kt qu l phng trnh Hermite i vi sau

16

4.3. H th parabol C th gii (4.32) bng cch khai trin thnh mt chui ly tha (Ph lc 4). N c cc nghim a thc ch khi l mt s nguyn chn, ngha l T , N l kt qu i vi cc mc nng lng ca mt dao ng t iu ho trong c hc lng t. Chng cch u nhau mt khong l trn nng lng im khng Lu cc mc nng lng ca dao ng t iu ho thng c tnh t 0 nhng y c tnh t 1 ph hp vi cc h th khc. Cc hm l cc a thc Hermite ngoi mt h s chun ho. Mt s a thc Hermite u tin l

Cc hm sng theo z bao hm c s chun ho l

17

4.3. H th parabol

Mt s hm sng thp nht c v th trn hnh 4.4. Chng ch ra s xen k chn l nhn thy c trong cc h vung gc i xng. Hm sng i vi n = 1 l mt hm Gauss n gin c mt xc sut l

lch chun ca mt ny l

Hnh 4.4. H th cc mc nng lngcc cc hm sng ca mt dao ng t iu ho. Th sinh ra bi mt t trng l 1 T tc dng ln cc in t trong GaAs.

18

4.3. H th parabol Cc kt qu ny c vai tr rt quan trng i vi mt phm vi rng ca cc bi ton. S cch u ca cc mc nng lng l s tng t ca tn s c in c lp vi bin . N c ngha l bt k b sng no to ra bng cch chng chp cc trng thi khc nhau dao ng vi cng tn s (so snh phng trnh (1.55)). Mt v d v mt h parabol dc nui bng cch thay i thnh phn ca c ch ra trn hnh 4.5. Cc mc nng lng c th c o bi cc chuyn tip quang gia cc trng thi trong cc h trong CB v VB.

Hnh 4.5. (a) Th parabol trong c CB v VB c nui vo trong GaAs bi mt thnh phn thay i t t ca Khe vngc rt gn trong phc ha ny vch l trng nng c ch ra. (b) Squang pht quang trong cc h . parabol.

19

4.3. H th parabol Mt qui tc lc la i hi rng c 2 trng thi c cng tnh chn l. Cc chuyn tip c nh s l trong m l trng thi in t, n l trng thi l trng (b i nu n ging nhau v h ch cc l trng nng v l ch cc l trng nh. Thnh phn ca mi mt h thay i t t t GaAs ti qua khong cch 25,5 nm. Khi s dng gi tr c chp nhn hin nay ca ta c cc gi tr cc i

cong ca CB v VB v do cc mc nng lng ph thuc vo v iu ny tng phn vi mt h vung gc m khng c s ph thuc vo v ca cc ro trong m hnh n gin nht l mt h su v hn v s ph thuc l yu i vi cc trng thi su trong mt h hu hn. Khi , th nghim v cc h parabol l mt php th nhy i vi gi tr ca Q.4.4. H th tam gic H tam gic trn hnh 4.6 l mt s m t n gin ca h th ti mt d chuyn tip pha tp. C mt ro cao v hn i vi z < 0 v mt th tuyn tnh i vi z > 0. Vit V(z) theo cch ny l thun tin n m t mt in tch e trong in trng F (tch eF c gi thit l dng).

20

4.4. H th tam gic Hnh 4.6. H th tam gictrong ch ra cc mc nng lng v cchm sng. Cc thang i vi cc in t trong GaAs v mt trng l

Lu F c dng i vi in trng khc vi E trnh nhm ln vi nng lng. Ta cn gii phng trnh Schrodinger

vi iu kin bin p t bi ro v hn. Ta li a vo cc bin s khng th nguyn. Thao tc tng t nh i vi dao ng t iu ho ch ra rng cc thang khong cch v nng lng l Phng trnh Schrodinger tr thnh

21

4.4. H th tam gic

N c th c n gin ho hn na bng cch nh ngha mt bin s c lp mi v (4.40) c rt gn thnh phng trnh Stokes hay phng trnh Airy N c xem xt trong Ph lc 5. 2 nghim c lp ca n l cc hm Airy Ai(s) v Bi(s). Ta i hi mt hm sng m n gi c tnh cht khi ging nh khi iu ny c ngha l ta c th loi b Bi(s). Bin cao ti z = 0 i hi C v s cc gi tr m ca s m Ai(s) = 0 c k hiu l hoc loi b du. Do , ta cn bo m rng cc hm sng trit tiu ti z = 0 v cc mc nng lng cho php c cho bi

Mc thp nht c C mt cng thc gn ng c ch l

m n c rt ra t l thuyt WKB. Mc d iu ny l chnh xc nht i

22

4.4. H th tam gic vi n ln, n cho v do l kh tt i vi mi n. N cng ch ra rng cc mc nng lng cng gn nhau hn khi n tng do h m rng khi nng lng tng. iu ny tng phn vi h vung gc su v hn c b rng khng i trong cc mc nng lng cng xa nhau hn khi n tng. H parabol cung cp mt trng hp trung gian vi cc mc nng lng tch ra khng i. Cc hm sng khng c chun ho c cho bi

Tt c cc hm sng c cng dng hm v trt n gin dc theo z khi nng lng thay i: cha mt na chu k, cha hai na chu k, v.v... Cc hm sng thiu i xng chn l m ta tm thy n trong cc h xem xt trc y v th tam gic t n l khng i xng theo z. S chun ho c cp trong Ph lc 5.4.5. Cc h thp chiu By gi ta s s dng cc kt qu trn xem lm th no m cc in t 3

23

4.5. Cc h thp chiu chiu c th c to ra x s dng nh chng l thp chiu. im xut pht l phng trnh Schrodinger 3 chiu khng ph thuc vo thi gian Khng c cch gii d dng phng trnh ny nu l mt th nng tng qut nhng mt s dng ca cho php nhng s n gin ho ln. Trong mt cu trc to lp, th nng ch ph thuc vo ta z vung gc vi cc lp. iu ny bao hm cc h lng t c to ra t s xen k cc lp GaAs v AlGaAs v cc in t b by ti mt d chuyn tip pha tp. Nh vy, ch c v (4.44) tr thnh

Th nng khng cho php cc in t chuyn ng t do dc theo x v y. Cc hm sng l cc sng phng nu khng c mt th no c. N gi cho ta th cc sng phng dc theo x v y. Vit hm sng di dng C th thay (4.46) vo (4.45) kim tra xem n c cho mt nghim chnh

24

4.5. Cc h thp chiu xc i vi x v y v tm phng trnh i vi hm cha bit Phng trnh (4.45) tr thnh

Cc hm m b loi b khi 2 v ca (4.47). iu xc nhn rng d on (4.46) l chnh xc. Ch nhng hm ca z c gi li

Nng lng ca cc sng phng c th c chuyn qua v phi v do ,

Mt s thay th tip theo i vi nng lng

25

4.5. Cc h thp chiu rt gn (4.49) thnh N l phng trnh Schrodinger 1 chiu thun ty theo hng z, cn 2 chiu khc b loi b. By gi gi s rng ta gii c phng trnh ny. N c th l mt h vung gc hoc n c th cn c tnh s. Gi s cc hm sng l vi nng lng T (4.46) v (4.50) suy ra nghim ca bi ton 3 chiu l

3 s lng t v n dng k hiu cc trng thi do chng l 3 chiu khng gian. C th vit gn (4.52) v (4.53) bng cch nh ngha cc vect 2 chiu i vi chuyn ng trong mt phng xy l Do , Cc kt qu trn c minh ha trn hnh 4.7. Bn tri l h th V(z) vi cc

26

4.5. Cc h thp chiu nng lng cho php v cc hm sng ca n. H thc tn sc (4.55) c v th hnh gia. i vi mt gi tr c nh ca n, n n gin l h thc gia nng lng v vect sng ca mt 2DEG t do vi y vng dch chuyn ti H thc i vi mi mt n cho mt parabol gi l vng con (chnh xc l vng con in) bt u ti nng lng khi v th theo Khng c cc vng con i vi mc d cn c cc trng thi cho php y nu khng c s giam cm. i viHnh 1.7. (a) H th vi cc mc nng lng; (b) Nng lng tonphn bao gm ng nng ngang ivi mi vng con v (c) Mt trngthi kiu bc ca mt h gi 2 chiu.V d l mt h vung gc su v hntrong GaAs vi b rng10 nm. ngcong mnh trong (c) l mt trng thi dng parabol i vi cc in t 3 chiu khng b giam cm.

27

4.5. Cc h thp chiu ch c cc trng thi trong vng con thp nht. i vi c cc trng thi trong 2 vng con thp nht vi n = 1 v n = 2. Nng lng b chia ct khc nhau trong 2 vng con. Vng con vi n = 2 c ng nng cao hn theo hng z, c khc vi v do c ng nng v vn tc thp hn theo mt phng ngang. S tch nng lng ny thnh cc thnh phn khc nhau nh th n l mt vect da vo dng n gin ca ton t ng nng trong phng trnh Schrodinger v s khng c duy tr nu ta cn s dng mt hm Hamilton hiu dng phc tp hn. C nhiu vng con hn ti cc nng lng ton phn cao hn. Do , cc in t vi cng nng lng ton phn c th c mt s vect sng ngang khc nhau. iu ny tng t vi bi ton trong l thuyt in t ca mt dn sng vi nhiu mode cho php. Cc vng con lm thay i dng ca mt trng thi n(E). i vi mt vng con cho trc (n c nh), nng lng (4.55) l nng lng ca 2DEG vi y vng ti Do , mt trng thi l mt trng thi ca 2DEG. l mt hm bc c chiu cao bt u ti Mi vng con ng gp mt bc. Do , mt trng thi tng cng n(E) trng ging nh cu

28

4.5. Cc h thp chiu thang vi cc bc nhy ti cc nng lng ca cc vng con. Lu rng n l mt trng thi ng vi mt n v din tch ch khng phi th tch. S hp th quang mt trng thi n(E).4.6. S lp y ca cc vng con Do ta tnh c cc mc nng lng cho php, ta cn phi xem iu g xy ra khi ta lm y h vi cc in t. S cc vng con b lp y ph thuc vo mt in t v nhit . Mt in t. ng vi mt n v din tch c th tm c theo cch thng thng bng cch ly tch phn tch ca mt trng thi n(E) v hm lp y Fermi-Dirac trong l nng lng Fermi:

thun tin, ta chia tch n thnh cc vng con: trong l mt in t trong mt vng 2 chiu bt u ti N c cho bi (1.114) v tr thnh

29

4.6. S lp y ca cc vng con N c th c n gin ho trong gii hn nhit cao v nhit thp (khi so vi nh trc y. Gi s rng ta ang gii hn nhit thp m cc in t l suy bin. Khi ,

N c minh ha trn hnh 4.8 i vi 2 gi tr ca Gi tr thp hn di v ch nm trong vng con th nht. C mt s lp y nh c th b qua ca cc vng con th hai v cao hn vi iu kin l Cc in t x s dng nh chng trong mt h 2 chiu vi mt mt trng thi kiu bc n gin. Tt c cc in t b gia trong cng trng thi i vi chuyn ng vung gc vi th giam cm v khng th chuyn ng dc theo z khi n i hi chng thay i trng thiHnh 4.8. S lp y ca mt trng thi kiu bc i vi mt h gi 2 chiu. Ch c mt vng con b lp y nu nng lng Fermi ly gi tr thp hn nhng 2 vng con b lp y ti gi tr cao hn.

30

4.6. S lp y ca cc vng con ca chng. Gii hn ny c th t c bng th nghim i vi mt 2DEG. Bn cht 2 chiu l hi tinh t v d dng mt i nu nhit tng ln hoc nu cc in t thu c nng lng t ngun bn ngoi no nh in trng v i vo vng con cao hn. Nng lng Fermi i vo vng con th hai nu mt in t tng qu xa nh trng hp i vi Cc in t ti nng lng Fermi by gi c th mt trong 2 vng con. Cc vng con ny c cc vn tc khc nhau trong mt phng ngang. Mt mc gii hn i vi chuyn ng dc theo z l c th c bi tn x gia v N cho mt du hiu th nghim khi c hn mt vng con b lp y: s tn x gia cc vng con lm cho linh ng gim. H ch l gi 2 chiu mc d n gi xa trng hp gii hn ca chuyn ng t do theo tt c 3 chiu. Mt in t cc i m n c th lp y h trc khi i vo vng con th hai c cho bi S tch gia cc mc nng lng dc theo z s c lm cc i tng mt ny. Mt h hp t c iu cho n khi cc mc nng lng b p ra ngoi nh. Mt tnh hung th v xy ra nu cc mc nng lng c v li i vi

31

4.6. S lp y ca cc vng con Hnh 4.9. H gi 2 chiu trong mt h th su hu hn. Cc in t vicng nng lng ton phn c th blin kt bn trong h (A) hoc t do(B).

h th su hu hn. Hnh 4.9 ch ra 3 trng thi lin kt trong h. Tt c cc nng lng u c php i vi chuyn ng dc theo z trn nh h. By gi c th c 2 in t vi cng nng lng ton phn b lin kt trong h vi ln (A) hoc t do dc theo z (B). iu ph thuc vo nng lng c chia tch nh th no gia z v mt phng ngang. in t A b lin kt kh khng chc chn v thm ch i vi mt s kin tn x n hi m n bo ton nng lng ton phn ca in t, ngi ta c th ly n t A n B v cho php n thot khi h. N c gi l s chuyn tip khng gian thc bi s tng t vi s chuyn khng gian trong cc vt liu nh GaAs m cc in t tn x t thung lng ti cc thung

32

4.6. S lp y ca cc vng con lng X cc in trng ln. Trong c 2 trng hp, s gim linh ng gn vi s chuyn tip c th cho tr khng vi phn m.4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu Ngi ta s dng nhiu m hnh ca cc h th 2 chiu v 3 chiu. M hnh n gin nht l m rng h vung gc su v hn bng cch cng nhn vi mt th nh vy i vi mi mt chiu. Trong trng hp 2 chiu, n dn ti mt th hnh ch nht i vi mt hp (vi cc cnh c chiu di a v b) trong mt phng xy. Hm sng l mt tch ca cc sng sin theo mi mt chiu v n cho nng lng

Mt h vung gc vi a = b c cc mc nng lng suy bin. S i xng gia x v y i hi v c nhng suy bin tai nn nh Mt h hnh ch nht 3 chiu c th c nghin cu theo cch tng t. Mc d cc kt qu ny l n gin, cc h thc thng c i xng tr hoc cu. Ta s xem xt ngn gn mt s v d. 4.7.1. H tr

33

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu Ta bt u vi cc in t t do theo 2 chiu vi Hm sng d hiu nht c cc sng phng theo c x v y v n cho

N l mt sng phng chuyn ng theo mt hng c thit lp bi v vi nng lng Trong ta cc n c th c vit thnh trong c o t hng ca N cn l mt sng phng. thay th, ta c th mong mun m t cc sng i ra theo mi hng t mt ngun im hnh tr khc vi cc sng phng. lm iu , ta cn vit li phng trnh Schrodinger i vi cc in t t do theo 2 chiu khi dng cc ta cc

Gc ch xut hin nh mt o hm v do , mt hm sng c th c tch ra di dng l mt nghim. N ging vi mt sng phng theo v iu phn nh i xng quay trong h. Mc d n l mt nghim i vi mi hm sng cn phi n gi. N cn quay li

34

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu cng mt gi tr nu ta bao quanh gc v thm vo N gii hn s lng t xung lng gc l cc s nguyn N thng c vit l m theo 2 chiu nhng khi n c th b nhm ln vi khi lng. Hm bn knh tha mn phng trnh

Chuyn ng gc li s hng li tm trong th nng m n y cc trng thi ra xa gc khi xung lng gc ca chng tng. Vic thay E bng i vi E > 0 cho

N l phng trnh Bessel i vi cc nghim v l cc hm Bessel bc loi I v loi II. loi II phn k ti gc v do khng th dng c qua ton b khng gian. Cc hm Bessel ny l nhng sng ng nhng c th c kt hp li cho cc sng chy. Bn cht ging sng ca chng l r rng dng tim cn i vi cc bin ln

35

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu c sin thay cho cosin. Cc sng dao ng nh mong mun v s gim kiu v bin tr thnh v cng m n cn bng vi s tng chu vi khi sng tn ra trong mt phng. Nu E < 0, cc nghim l cc hm Bessel bin dng v Chng ging nh cc hm m thc: tng trong lc gim t mt s phn k gc. Nghim i vi mt h tr vi cc thnh cao v hn c rt ra t cc kt qu ny. H ny c V(r) = 0 i vi r < a v mt ro khng th xuyn qua i vi r > a. Hm sng cn phi trit tiu ti r = a m n i hi Hm Bessel trit tiu ti cc khng c k hiu bi i vi n = 1,2,... Nh vy, cc gi tr cho php ca vect sng ny l v cc hm sng v nng lng l

Trng thi vi nng lng thp nht c xung lng gc bng khng Khai trin tim cn (4.64) ch ra rng N l chnh xc khi nhng khng sai lm thm ch i vi

36

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu khi so snh vi gn ng tim cnHnh 4.10 ch ra mt th nghim trong cc nguyn st trn b mt ca vng c th nghim vi u ca mt knh hin vi tunnen qut to thnh mt ro baoquanh gi l bi quy lng t. Knh hin vi tunnen qut khi c s dng to nh ca cc trng thi trong bi quy. l mt chng minh ng ch ca s by tr. Cc php o c th c lm khp khi dng m hnh h lng t m ta va xt mc d cc nguyn t st x s theo mt cch phc tp hn so vi mt thnhcng n gin. Hnh 4.10. (a) nh khng gian ca cc trng thi ring ca mt bi quy lng t; (b) Tit din ca mt bi quy c lm khp vi mt kt hp ca cc trng thi i vi mt hp tr.

37

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu 4.7.2. H parabol 2 chiu C 2 cch tip cn gii bi ton th parabol trong trng hp 2 chiu. Cch I l thm th ny vo phng trnh Schrodinger bn knh (4.62) v tm cc nng lng cho php v cc hm sng. Cc trng thi thu c c cc gi tr hu hn ca xung lng gc v cn nghin cu t trng khi dng chun i xng. Cc mc nng lng ca dao ng t l ging nh trc. Mc thp nht c nng lng im khng v c N trng thi suy bin vi nng lng Thang ca cc mc nng lng cch u nhau c bo ton. l c tnh quan trng nht ca dao ng t iu ho 1 chiu. Cch II l lu rng th c th tch ra v do phng trnh Schrodinger trong cc ta Descartes c th c thu gn thnh cc phng trnh tch ri i vi x v y. Mi mt phng trnh trong s l mt bi ton 1 chiu m ta gii. Nh vy, nng lng ton phn l m n l mt thang sinh ra t Mt nng lng c th c chia tch theo N cch khc nhau gia v

38

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu iu xc nhn kt qu i vi s suy bin. Cch tip cn ny c th c m rng cho cc th parabol km i xng hn dng vi v cc th parabol 3 chiu c th c gii theo cch tng t. 4.7.3. Th Coulomb 2 chiu Th Coulomb ht c v s cc trng thi lin kt vi nng lng Hm sng thp nht c s suy gim theo kiu hm m n gin Phng trnh Schrodinger bn knh c th c gii theo cng mt cch nh i vi h parabol m ta khng a ra cc chi tit y. Cc thang nng lng v chiu di l nng lng Rydberg v bn knh Bohr c cho bi

i vi hir, Trong mt bn dn, ta thay m bng trong l khi lng hiu dng ca ht ti

39

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu bao hm v thay bng trong l hng s in mi phng ca vt liu. Cc thay th ny lm thay i nhiu cc thang v cho v i vi cc in t trong GaAs. Cc s ny l quan trng v chng thit lp cc thang t nhin i vi nhiu qu trnh trong cc bn dn. Thc s chng thng c s dng nh l cc thang nng lng v chiu di theo cc n v nguyn t khng th nguyn hoc n v Rydberg n gin cc tnh ton. Trng thi thp nht c nng lng lin kt l m n ln hn 4 ln so vi khng gian 3 chiu tng ng. iu ny c bit quan trng i vi mt exciton, mt in t v mt l trng c lin kt vi nhau bi s ht Coulomb ca chng. 4.7.4. H cu Xut pht im li l li gii cho chuyn ng 3 chiu t do trong cc ta cc. By gi c 2 s lng t xung lng gc l m n cho xung lng gc tng cng v m n cho thnh phn ca n dc theo mt trc ring c chn theo qui c l z. Phn bn knh ca

40

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu nghim c th c vit thnh trong tun theo phng trnh

N rt gn vi phng trnh Schrodinger 1 chiu thng thng. N bao hm mt th li tm nh trong trng hp 2 chiu v mt th nng V(R) i xng cu c lng vo. Nng lng khng ph thuc vo s lng t m. Nghim nng lng thp nht c i xng cu vi v trong trng hp ny, ta c bi ton 1 chiu quen thuc i vi C mt s khc bit quan trng v cc iu kin bin: hm sng cn phi khng phn k ti gc m n i hi l cng mt iu kin m cc trng thi l trong mt h 1 chiu i xng cn phi tun theo v cm cc nghim chn. Nh vy, trng thi thp nht trong mt h cu su v hn c bn knh a c vi nng lng Mt h hu hn c bn knh a v su c th c gii bng s tng t vi mt h 1 chiu c chiu rng y 2a. Trng thi thp nht trong h

41

4.7. Cc h th 2 chiu v 3 chiu cu tng ng vi trng thi th hai trong h 1 chiu c cho bi ng cong trn hnh 4.2 i vi nm gia v Vng i vi b cm v n cho mt trng thi chn. N c h qu quan trng l mt h cu nng khng c trng thi lien kt. N tng phn vi trng hp 1 chiu trong t nht lun lun c mt trng thi lin kt. H cu i hi hay lin kt mt trng thi. Cc c tnh khc ca nghim rt ra t trng hp 1 chiu. 4.7.5. Th Coulomb 3 chiu H th Coulomb 3 chiu c v s trng thi lin kt vi nng lng Trng thi thp nht l mt hm m

Nng lng Rydberg v bn knh Bohr c nh ngha bi (4.66) v (4.67). Cc kt qu ny iu khin s lin kt ca cc in t trn cc cht cho hir (thng thng) v cc exciton 3 chiu.4.8. S giam cm khc ngoi 2 chiu Trong phn 4.5, ta nghin cu cc in t b giam cm trong mt trng

42

4.8. S giam cm khc ngoi 2 chiu thi lin kt dc theo z v x s dng nh chng l 2 chiu. C th giam cm chng nhiu hn na v rt gn s chiu hiu dng ca chng xung 1 hoc 0. Nu ta ly th giam cm l mt hm ca cc in t duy tr chuyn ng t do dc theo z v kt qu l mt dy lng t tng t nh mt ng dn sng in t. Phn tch rt ra t phn tch i vi 2DEG. Ta bt u vi phng trnh Schrodinger 2 chiu i vi th giam cm

C th s dng mt trong cc m hnh n gin ho xem xt phn trc i vi (4.70) hoc n c th i hi cc phng php s nhng gi thit rng n c gii. Khi , hm sng v nng lng ton phn c cho bi

Chng l cc tng t ca (4.52) v (4.53) v gii thch ca chng l tng

43

4.8. S giam cm khc ngoi 2 chiu t. Mi mt gi tr ca tr thnh y ca mt vng con 1 chiu m mt trng thi ca n thay i theo kiu Mt trng thi ton phn (ng vi mt n v chiu di) l

N c phc ha trn hnh 4.11 vi parabol i vi cc in t 3 chiu so snh. Mt b mo ra khi trng hp t do thm ch nhiu hn trong trng hp 2 chiu. Cc y ca cc vng con tr nn c cc c tnh mnh hn: cc phn k khc vi cc bc m n quan trng trong cc hiu ng quang phn nh mt trng thi.

Hnh 4.11. Mt trng thi ca mt h gi 1 chiu. ng cong c tnh i vi cc in t trong mt h 9 x 11 nm su v hn trong GaAs. Parabol mnh l mt trng thi i vi cc in t 3 chiu khngb giam cm.

44

4.8. S giam cm khc ngoi 2 chiu C th tin ti mt giai on xa hn khi giam cm cc in t hoc l trng theo tt c 3 chiu. in hnh l chng b giam cm theo 1 chiu bng cch nui mt h lng t hoc mt d chuyn tip pha tp v sau gii hn ti mt vng nh bng cch khc axit hoc mt th tnh in. Kt qu l mt chm lng t. V c bn, n l mt nguyn t nhn to. Mt trng thi ch l mt h ca cc hm v khng c chuyn ng t do theo bt k chiu no.4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc Mc d tt c cc th c m t cc phn trc cn cc d cu trc sinh ra chng, ta nghin cu chng nh cc h th n gin v b qua tt c cc kh khn m t trong phn 3.11. Ta s tip tc gi thit rng y CB l cng mt im trong khng gian k trong tt c cc vt liu bao hm v khng tnh n nhng phc tp ln hn nhiu gn vi cc VB. Vn gi li l cc khi lng hiu dng khc nhau trong cc vt liu. N c 2 nh hng: gii php th giam cm cn phi tnh n cc khi lng hiu dng khc nhau khi lm khp cc hm sng trong cc vt liu khc nhau v s rt gn ca bi ton 3 chiu ban u thnh bi ton 1 chiu hoc 2 chiu tr nn

45

4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc km kho lo hn mt cht. n gin, ta xt cc in t b lin kt trong mt h lng t ca GaAs b kp gia hai lp AlGaAs. Trc tin ta s nghin cu nh hng ca cc khi lng khc nhau ln bi ton 1 chiu l mt h hu hn vi b rng a v su m ta gii i vi mt cu trc ng nht phn 4.2. Cc s sng bn trong v bn ngoi c cho bi cc biu thc bin dng

y, l khi lng hiu dng trong h vi l y CB; v l cc i lng tng ng trong ro. su h l iu kin lm khp ln hm sng ti mt giao din cn phi thay i nh trong phn 3.11. S lm khp o hm trong (4.8) c thay bi iu kin Nh vy, cc o hm tun theo

46

4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc v vic chia cho iu kin lm khp khng thay i i vi cho

Bng 4.1. S ph thuc vo khi lng hiu dng trong cc ro ca cc nng lng ca cc trng thi b lin kt trong mt h rng 5 nm v su 1 eV vi khi lng hiu dng bn trong h.

0,067 0,131 0,504 0,981 0,15 0,108 0,446 0,969

Ta li nh ngha v m n ch ph thuc vo khi lng trong h. Khi , iu kin lm khp l

47

4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc N c th c gii chnh xc theo cng mt cch nh i vi trng hp ca cc khi lng bng nhau. Li gii th trn hnh 4.2 c tin hnh nh trc ngoi tr iu l ng cong cn bc 2 c t thang bi h s V d gi s rng c th thay i v gi v khng i. S tng lm gim v phi ca (4.79) v do , cc nng lng ca cc trng thi lin kt u gim. N khng gy ra s ngc nhin v ni chung ta mong mun mt khi lng cao hn dn ti cc nng lng thp hn. Tuy nhin, s trng thi lin kt gi khng i do n ph thuc vo ch cha cc tnh cht ca h. lm v d, xt mt h GaAs rng 5 nm b kp gia AlAs m n lm nghi ng gi thuyt cho rng ta ch cn xt thung lng v cc vng c dng parabol. Cc khi lng l vi N l mt v d kh cc oan hn so vi cu trc thng thng hn vi v c chn khuch i nh hng ca cc khi lng khc nhau. H ny c v do c 3 trng thi lin kt vi cc nng lng c a ra trong Bng 4.1. Tt c cc nng lng lm gim nng lng gia trn 50 meV khi tng (nh mong mun). Trng thi nh b

48

4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc lin kt yu n mc o hm ca n ti bin gn nh bng 0 v s thay i khi lng t nh hng n n. Cc hm sng i vi c v th trn hnh 4.12. Nt trong cc hm sng c a vo bi iu kin lm khp (4.75) l r rng. Mc d hm sng y cn phi trn, cc tnh ton hon chnh xc nhn rng hm bao ch ra dng iu ny (hnh 3.22). Vn th hai l s rt gn phng trnh Schrodinger 3 chiu ban u thnh mt phng trnh 1 chiu. Cc phng trnh Schrodinger trong 2 vt liu l (h), (4.80) ( (ro) (4.81) Hnh 4.12. H vung gc hu hn vi su b rng a = 5 nm dc theo z v cc khi lng hiu dng = 0,067 trong h v trong ro.

49

4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc Th hiu dng t ch thay i dc theo z ging nh trong phn 4.5 v do ta c th vit hm sng thnh Thay hm sng ny vo 2 phng trnh Schrodinger 3 chiu dn ti mt cp phng trnh 1 chiu

S khc bit nng lng gia 2 vng m n to thnh h by gi ph thuc vo v c cho bi

Hiu chnh l m i vi GaAs-AlGaAs do v do , h th tr nn nng hn khi ng nng ngang tng. Nh vy, nng lng ton phn ca mt in t trong mt trng thi lin kt c cho bi

trong nng lng ca trng thi lin kt cng ph thuc vo k thng qua s thay i su ca h.

50

4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc Bng 4.2. S ph thuc ca vect sng ngang ca cc nng lng ca cc trng thi lin kt trong mt h rng 5 nm v su 1 eV vi khi lng hiu dng trongh v ngoi h. k (nm) 0,0 0,000 0,000 1,000 0,108 0,446 0,969 0,057 0,5 0,142 0,064 0,921 0,106 0,435 0,919 0,069 1,0 0,570 0,254 0,685 0,096 0,397 - 0,076 Ta ly li h GaAs rng 5 nm b kp gia AlAs lm v d vi cc s sng k = 0, 0,5 v 1,0 Cc ng nng, su hiu dng v nng lng ca cc trng thi lin kt c a ra trong Bng 4.2. su ca h c rt gn nhiu ti s sng cao nht sao cho trng thi th ba khng cn b lin kt na. Nng lng ca trng thi th hai gim i 49 mV so vi ng nng ca n l 570 meV. Ta c th tnh n iu mt cch gn ng bi vic a vo mt khi lng hiu dng khc v d nh l nng lng trn n ti k = 0 tnh n c s tng ng nng ngang v s gim nng lng trng thi lin kt dc theo z. Nh vy,

51

4.9. Cc h lng t trong cc d cu trc Cc khi lng hiu dng mi ny ph thuc vo ch s n ca trng thi lin kt v c lp bng. Mt cch vt l hn gii thch ngun gc ca chng l lu rng in t s dng phn thi gian ca n trong ro ch khng phi ngay h v do c xu hng t c mt s c trng ca ro. C th chng minh rng trong l xc sut tm thy in t trong h v l xc sut tm thy in t trong ro. C th tin hnh nghin cu su hn khi cu trc vng trong 2 vt liu trn bn ny hoc bn kia ca mt d chuyn tip l khc nhau mt cch nh tnh. Mt v d l GaAs-AlAs trong CB thp nht l ti trn mt bn ca chuyn tip v ti X bn kia. Khi xut hin s xuyn hm. Cc CB v VB xen ph trong mt chuyn tip loi III ging nh gia InAs v GaSb. iu ny kt thc tho lun v lin kt in t trong cc h lng t. Trong chng 5, ta s xem xt tnh hung ngc li ca cc ro thay cho cc h v s vn chuyn do s xuyn hm ca cc in t.

52

Bi tp chng 4 4.1. Tnh s trng thi lin kt v mc nng lng thp nht i vi cc in t v cc l trng nng v nh trong mt h GaAs rng 6 nm b kp gi cc lp nh gi php gn ng l mt h su v hn trong bi ton ny. Tnh li nng lng ca chuyn tip quang trong h 6 nm trong mu m s quang pht quang ca n c ch ra trn hnh 1.4. su hu hn to ra s khc nhau nh th no? N c lm tng s ph hp vi thc nghim hay khng hoc c bt k cc dun hiu sai s no khng (trong m hnh hoc s nui)? Mt s dch nh th no xy ra nu b dy h thng ging mt n lp?4.2. Tnh xc sut tm thy mt in t trng thi lin kt thp nht bn trong mt h rng 4 nm khi dng phng trnh (4.21). N i hi t s ca cc h s D/ C m t s ny c th tnh t (4.7) hoc (4.8) sau khi tm c (v sau l k v Gii thch mt cch nh tnh v s ph thuc ca phn ny vo b rng h.4.3. V th nng lng ca cc trng thi lin kt trong mt h GaAs su 0,3 eV nh mt hm ca b rng h t 0 n 20 nm. 4.4. Lm th no tm cc trng thi lin kt trong mt h khng i xng

53

Bi tp chng 4 nh h trn hnh 4.13? Khng cn a ra li gii chi tit. Cn phi loi b tt c nhng s n gin ho do i xng. Hu ht cc h nui trong thc t l i xng.Gi s rng tr nn v cng ln to ra mt tng cng. Chng minh rng bi ton by gi li tr nn n gin khi s dng cc kt qu ca phn 4.2.Hnh 4.13. Mt h th khng i xng vi cc ro c chiu cao bn tri v bn phi.

4.5. Gii bi ton i vi h th c dng hm vi mt cch trc tip. Hm sng l mt hm m gim khp ni ging nh hm sng bn ngoi mt h hu hn. S gin on ca n theo nghing ti z = 0 cn c lm cn bng bi hm trong th. Ly tch phn phng trnh Schrodinger theo z t ngay di 0 ti ngay trn 0 chng minh rng

(v phi trit tiu do n khng cha cc k d). Chng minh rng n cho ph hp vi (4.22).

54

Bi tp chng 4 4.6. Mt t trng B sinh ra mt th parabol vi mt hng s n hi trong e l in tch ca ht, m l khi lng ca n v l tn s xiclotron. Tnh nng lng xiclotron v thang chiu di (cn c gi l di t i vi mt in t trong GaAs trong mt trng 1 T.4.7. Tnh cc nng lng ca cc trng thi lin kt trong mt th c dng parabol i vi x > 0 vi mt tng cng ti x = 0.4.8. Dng h thc bt nh Heisenberg (1.63) c tnh nng lng im khng trong mt h parabol. Nu s m rng hm sng l th nng c th vit thnh v ng nng l Vit nng lng ton phn theo tm gi tr ca m n lm cc tiu v thu c kt qu chnh xc4.9. Mt gi tr th ca in trng giam cm cc in t gn mt d chuyn tip pha tp l Xc nh mt vi mc nng lng u tin trong mt th tam gic vi nghing ny. Cc kt qu c ch hay khng i vi h GaAs-AlGaAs trong ro ti z = 0 ch cao khong 0,3 eV?

55

Bi tp chng 4 4.10. Mt chm lng t b giam cm theo 2 chiu bi mt th parabol m n tng ln 50 meV qua mt bn knh l 100 nm. S giam cm l mnh hn nhiu theo chiu th ba v c th gi thit rng tt c cc in t gi trng thi thp nht i vi chiu ny. C bao nhiu trng thi b lp y nu mc Fermi nm cao hn cc tiu 12 meV? Cc kt qu s nh th no nu chm c m hnh ho vi mt tng cng ti bn knh l 50 nm.4.11. Tnh mt trng thi i vi cc in t b by trong h 11 x 9 nm 2 chiu su v cng. Cc nng lng ca cc vng con c cho trong (4.60). So snh n vi kt qu 3 chiu (c chuyn i ti mt ng vi mt n v chiu di).4.12. S thay i su ca mt h th trong mt d cu trc nh mt hm ca vect sng ngang nh hng nh th no n s by ca cc in t trong cc vng con khc nhau nh ch ra trn hnh 4.9 i vi mt cu trc ng nht? Dng cu trc GaAs AlAs minh ha.

56

),(yxr=r()),,(,zyxzrR==rrVED)2.4,....(2,1,222==nanmnpeh)1.4()2(sin2)12(cos2)(=+==lnaznalnaznaznppfCED0V

e3,00=Ve()())4.4)(()()(/2/0222zzVzdzdmeyyy=+-h)6.4.(2/022BVm=-=ekh())5.4(exp)(zDzky=-=z.+=z.0e-=VB.0V

e()0,en0,0Va00q()2/10--Ve.d).()(zSzVd-=()2/10V-e0V>eaVS0=()tzz00cosw=)22.4.(222hmSB=)23.4(2/)(2KzzV=1-Nm0z).1-Jm)24.4.(/0mK=we,z()()[]()())25.4(,)2/1(/2/220222zzzmdzdmeyyw=+-h2/2hm.0w2z0e()[]()()())26.4.(/2//222022zmzzmdzdyeywhh=+-.2z()20/hwm02ez.0e()()())31.4(2/exp2zuzz-=y.~2''yyz2z()())28.4).((/2)(/0222zzzdzdyweyh=+-)29.4.(,/000weeeeh==0e()())30.4.(0)(2)(/222=-+zzzzddyey)27.4.(/,/000wmzzzzh==()zue,z2z())32.4.(0122'''=-+-uuzue)34.4.(128)(,24)(,2)(,1)(332210tttHttHttHtH-=-===()zHn1-()zu()zun()zun12-e.)2/1(0wh0wh())33.4,...(2,1,2/10=-=nnnweh.2/1-=ne)35.4.(2exp!21)(2/10204/102/11-=+zmHzmmnznnnhhhwwwpf),(zV)37.4.(2/2/00zmz==Dwh)36.4.(exp)(202/1021-=hhzmmzwpwf.1AsGaAlxx-AsGaAlxx-10w.14,0,23,0eVEeVEVC=D=D,/gCEEQDD=AsGaAl7,03,0,mnhECEDeFzzV=)(.VEDVED()()[])38.4)(()(/2/222zzeFzdzdmeyy=+-h()00==zy.51-MVm())39.4.(2,203/1203/120eFzmeFmeFz===hhe()().00=-===eyysz.+snc-nc=e3/24123~-ncnp()())40.4.(/22zzdzdyey-=.338,21=cna())42.4,...(2,1,23/12==nmeFcnnhee-=zs)41.4.(/22yysdsd=+z320,21c1f())43.4.()()(0-=-==eeefeFzAizAisAizn2f())(zVRV=r()()[]()())44.4.(2/22RERRVmrrrhyy=+-()())46.4).((expexp),,(zuyikxikzyxyx=y)45.4).(,,(),,()(22222222zyxEzyxzVzyxmyy=+++-h()RVr().zu()()()()()()()()()())47.4.(expexpexpexp222expexp)(222222222222222zuyikxikEzuyikxikzVzmmkmkzuyikxikzVzyxmyxyxyxyx==+-+==+++-hhhh()()())48.4.(2222222222zEuzuzVzmmkmkyx=+-+hhh()()())49.4.(2222222222zumkmkEzuzVzmyx--=+-hhh.ne()zun()()()[]()())50.4.(/2/222zuzuzVdzdme=+-h()()2222/yxkkmE+-=heyxkk,()()()()())53.4.(2/,)52.4(),(expexp),,(222,,yxnyxnnyxnkkkkmkkEzuyikxikzyxyx++==hey()()())55.4.(2/)54.4(),(exp,22,mkkEzurkizrnnnnkrhrrrrr+==ey().,),,(yxkkkyxr==rrne10e