Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Физика конденсированного состояния

Диссертационная работа:

Патраков Александр Евгеньевич. Кинетика двумерных электронов в постоянном магнитном поле в присутствии микроволнового излучения : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.07 / Патраков Александр Евгеньевич; [Место защиты: Ур. гос. ун-т им. А.М. Горького]. - Екатеринбург, 2008. - 101 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-1/344

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Обзор экспериментальных и теоретических ра
бот по осцилляциям фотосопротивления двумерного элек
тронного газа
13

  1. Экспериментальные данные по осцилляциям магнетосо-противления двумерного электронного газа в присутствии микроволнового излучения 13

  2. Влияние микроволнового излучения на процесс рассеяния электронов 24

  3. Влияние микроволнового излучения на функцию распределения электронов 29

  4. Неустойчивость однородного состояния двумерного электронного газа 32

Постановка задачи 36

Глава 2. Двумерный электронный газ без спин-орбиталь
ного взаимодействия в переменном электрическом по
ле
39

  1. Гамильтониан системы 40

  2. Каноническое преобразование гамильтониана 42

  3. Уравнения движения. Состояния Флоке 48

  4. Преобразование гамильтониана электрон-примесного взаимодействия 52

  5. Неравновесный статистический оператор 53

%

  1. Время релаксации импульса 60

  2. Численный анализ 65

  3. Выводы 68

Глава 3. Двумерный электронный газ со спин-орбиталь
ным взаимодействием в переменном магнитном поле
69

  1. Спин-орбитальное взаимодействие 70

  2. Эффективный гамильтониан 77

  3. Обратное время релаксации импульса 83

  4. Численный анализ 90

  5. Выводы 91

Основные выводы диссертации 94

Публикации по теме диссертации 96

Литература 98

Введение к работе:

Актуальность темы. Свойства двумерного электронного газа с высокой подвижностью, связанные с явлениями переноса в магнитном поле в полупроводниковых гетероструктурах, имеют важное значение как для фундаментальной науки [1], так и для приложений, в частности, для спинтроники [2]. Открытие и исследование некоторых из этих свойств отмечено нобелевскими премиями. Фактически, возникла новая активно развивающаяся область исследований.

В 2002 году в двумерном электронном газе с высокой (~ 107 cm2/Vs) подвижностью в гетероструктурах GaAs/AlGaAs был обнаружен новый тип осцилляции продольного магнетосопротивления, вызванный микроволновым излучением [3]. В отличие от известных осцилляции Шубнико-ва — де Гааза, которые зависят от отношения химического потенциала к циклотронной частоте, вызванные излучением осцилляции зависят от отношения частоты излучения к циклотронной частоте. С увеличением интенсивности излучения минимальные значения сопротивления приближаются к нулю. Существование осцилляции магнетосопротивления двумерного электронного газа и состояний с нулевым сопротивлением в дальнейшем было подтверждено другими экспериментальными группами [4-6].

Для объяснения нового типа осцилляции были предложены различные теоретические модели ([7] и ссылки там), однозначного выбора между которыми провести в настоящее время невозможно. Некоторые из моделей основаны на действии микроволнового излучения на процессы рассеяния электронов вдоль или против направления слабого постоянного поля. Существуют и альтернативные объяснения, связывающие наблюдаемые эффекты с нетривиальной зависимостью неравновесной функции

распределения от энергии, которая под действием внешнего микроволнового излучения приобретает осциллирующий характер.

В предложенных моделях, посвященных влиянию микроволнового излучения на процессы рассеяния электронов, полностью игнорируется тот факт, что двумерная электронная система является принципиально неравновесной, так как ее гамильтониан зависит от времени. Строгое описание неравновесного отклика двумерной электронной системы на измерительное электрическое поле требует дополнительного рассмотрения.

В существующих моделях не исследовано влияние магнитной компоненты микроволнового излучения на кинетические коэффициенты двумерного электронного газа. Действительно, за счет спин-орбитального взаимодействия, которое фундаментально по своей природе и существует в большей или меньшей степени во всех материалах, поглощение энергии электромагнитного излучения может осуществляться не только трансляционными, но и спиновыми степенями свободы электронов за счет целого класса новых резонансных переходов. Естественно предположить, что эти переходы в сочетании с процессами рассеяния электронов могут привести к новому типу осцилляции фотопроводимости двумерного электронного газа.

Целью настоящей работы является теоретическое исследование влияния микроволнового излучения (как электрической, так и магнитной его компоненты) на кинетические коэффициенты неравновесного двумерного электронного газа со спин-орбитальным взаимодействием, помещенного в постоянное, перпендикулярное его плоскости магнитное поле.

Для достижения поставленной цели необходимо рассмотреть кванто-вомеханическую систему, состоящую из подсистемы свободных носителей заряда (возможно, со спин-орбитальным взаимодействием) в магнит-

ном поле, подсистемы рассеивателей, взаимодействия электронов с рас-сеивателями, взаимодействия электронов проводимости с переменным электрическим или магнитным полем, а также их взаимодействия с внешним постоянным электрическим полем, неравновесный линейный отклик на которое требуется найти.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Развита теория теория линейного отклика неравновесного двумерного электронного газа на слабое измерительное электрическое поле. В основе построенной теории лежат метод канонических преобразований и метод неравновесного статистического оператора. Теория методически строго учитывает неравновесность двумерного электронного газа, вызванную переменным электромагнитным полем.

Теоретически исследовано влияние спин-орбитального взаимодействия как канала передачи энергии между кинетической и спиновой подсистемами, приводящего к резонансным переходам на целочисленных линейных комбинациях циклотронной и зеемановской частот (т.е. к комбинированному резонансу), на возникновение осцилляции диагональных компонент тензора проводимости двумерного электронного газа.

Практическая ценность работы состоит в том, что она расширяет существующие представления о влиянии микроволнового излучения на кинетические коэффициенты двумерного электронного газа. Рассмотренный в данной работе способ управления проводимостью двумерного электронного газа со спин-орбитальным взаимодействием путем воздействия микроволнового излучения на спиновые степени свободы электронов и передачи энергии от них кинетическим степеням свободы может

найти применение в спинтронике.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

  1. Построена теория линейного отклика неравновесного двумерного электронного газа на слабое измерительное электрическое поле, объясняющая осциллирующую зависимость магнетосопротивления двумерного электронного газа от отношения частоты излучения к циклотронной частоте. Показано, что осцилляции магнетосопротивления двумерного электронного газа вызваны переходами электронов проводимости между уровнями Ландау с одновременным их рассеянием, которое ведет к смещению центров циклотронных орбит.

  2. В рамках развитой теории осцилляции фотопроводимости двумерного электронного газа, вызванных электрической компонентой микроволнового излучения, получены следующие выводы, согласующиеся с экспериментом:

продемонстрирована осциллирующая зависимость фотосопротивления двумерного электронного газа с достаточно высокой подвижностью электронов (2.5 107 cm2/Vs) от обратного магнитного поля при частоте микроволнового излучения 50 GHz и отсутствие осцилляции фотосопротивления при меньшей подвижности (106 cm2/Vs);

показано, что подвижность двумерных электронов менее 106 cm2/Vs не является препятствием для наблюдения осцилляции сопротивления двумерного электронного газа при более высокой частоте излучения (150 GHz);

найдено, что знак фототока противоположен знаку отклонения частоты излучения от ближайшей гармоники циклотронной частоты.

3. Показано, что осцилляции фотосопротивления двумерного электронного газа со спин-орбитальным взаимодействием могут быть вызваны не только электрической, но и магнитной компонентой микроволнового излучения. Знак фототока в этом случае также противоположен знаку отклонения частоты излучения от ближайшей гармоники циклотронной частоты.

Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов диссертации обеспечивается применением метода неравновесного статистического оператора, который является стандартным методом для нахождения линейного отклика неравновесной системы на внешнее возмущение.

Личный вклад автора. Диссертант участвовал вместе с научным руководителем в постановке задач, выборе методов их решения, в обсуждении и интерпретации полученных результатов.

В представляемой научно-исследовательской квалификационной работе лично диссертантом проведены канонические преобразования гамильтониана, применен метод неравновесного статистического оператора и проведены численные расчеты по полученным формулам.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях: XV Уральская зимняя школа по физике полупроводников (Екатеринбург, 2004), XXX Международная зимняя школа физиков-теоретиков (Екатеринбург, 2004), Nanoscale properties of condensed matter probed by resonance phenomena (Казань, 2004), VII Российская конференция по физике полупроводников (Звенигород, 2005), VI Моло-

дежный семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 2005), XXXI Международная зимняя школа физиков-теоретиков (Екатеринбург, 2005), 34 совещание по физике низких температур (НТ-34, Ростов на Дону, 2006), Научная сессия Института физики металлов УрО РАН по итогам 2005 года (Екатеринбург, 2006), Научная сессия Института физики металлов УрО РАН по итогам 2006 года (Екатеринбург, 2007), VIII Российская конференция по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах: в 4 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, 2 статьях в журнале «Физика низких температур» и в трудах конференции.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 3 главы и основные выводы. Объем диссертации составляет 101 страницу, включая 19 рисунков. Список литературы содержит 26 наименований.

Подобные работы
Сидоркин Андрей Александрович
Кинетика эмиссии электронов из сегнетоэлектриков
Малкин Борис Залманович
Кристаллическое поле и электрон-фононное взаимодействие в ионных редкоземельных парамагнетиках
Хомицкий Денис Владимирович
Квантовые состояния, оптика и холловская проводимость блоховских электронов и дырок в магнитном поле
Голковский Михаил Гедалиевич
Расчёт температурных полей и формирование структуры и свойств поверхностных слоёв металлов и сплавов при облучении пучком релятивистских электронов
Сасов Алексей Сергеевич
Динамика поляризации кристаллов с электрическими диполь-дипольными взаимодействиями в присутствии сильных электрических и акустических полей
Латышев Филипп Евгеньевич
Формирование функции распределения электронов в распадающейся плазме в присутствии слабых электрических полей
Султанов Акбар
Исследование влияния измерения межмолекулярного взаимодействия и ионизирующего излучения на кинетику и механизм разрушения эластомеров
Воронов Александр Викторович
Индуцированные лазерным излучением фазовые переходы в сильно коррелированных системах: кинетика, метастабильные состояния и нелинейная спектроскопия
Моторин Вадим Иванович
Макроскопическая кинетика плавления и кристаллизации при быстром нагреве металлов током и лазерным излучением
Ямпольская Софья Александровна
Кинетика процессов в плазме разряда накачки XeCl-лазера и их влияние на характеристики излучения

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net