Читать онлайн «Физика низкоразмерных систем»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. АКМУЛЛЫ ФИЗИКА НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ Методическое пособие Уфа 2013 1 УДК 376. 94 ББК 357. 624 Г32 Печатается по решению учебно-методического совета Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы Гадиев Р. М. Физика низкоразмерных систем: мет. пособие [Текст]. – Уфа: Изд- во БГПУ, 2013. – 24 с. Предназначено для студентов следующих специальностей: «Нанотехнология» 210600, «Прикладные математика и физика» 010600 при изучении таких дисциплин как: «Физика низкоразмерных систем», «Молекулярная электроника» и «Наноэлектроника». В пособии рассмотрены основные виды низкоразмерных систем, физические принципы их формирования, а так же рассмотрены их основные свойства. Рецензенты: Н. Л. Асфандиаров, д. ф. -м. н. , с. н. с. , (ИФМК УНЦ РАН); Р. Г. Рахмеев, к. ф. -м. н. , (БГПУ им. М. Акмуллы). ISBN 978-5-87978-828-0 © Издательство БГПУ, 2013 © Авторы, 2013 2  Содержание ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП 4 1. 1. Принцип размерного квантования 4 1. 2. Условия наблюдения квантовых размерных эффектов 6 ГЛАВА 2. ВИДЫ ДВУМЕРНЫХ СИСТЕМ 8 2. 1. Tтреугольная квантовая яма. Гетеропереходы. 8 2. 2. Инверсионный 2D слой 10 2. 3. Дельта-слой. 12 2. 4. Прямоугольная квантовая яма. 13 2. 5. Аккумуляционный 2D слой. 14 ГЛАВА 3. СВОЙСТВА НИЗКОРАЗЧЕРНЫХ СИСТЕМ. 16 3. 1. Плотность состояний. 16 3. 2. Квантовый эффект Холла 17 3. 3. Осцилляции Шубникова – де Гаазa. 22 3  Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП 1. 1. Принцип размерного квантования Продемонстрируем основную идею размерного квантования на примере электронов, находящихся в очень тонкой металлической или полупроводниковой пленке толщиной α . То обстоятельство, что в обычных условиях носители сосредоточены в пленке и не выходят из нее в окружающую среду, означает, что материал пленки (металл или полупроводник) представляет собой потенциальную яму для электронов глубиной, равной работе выхода Φ, и шириной α. Согласно законам квантовой механики, энергия электронов в такой яме квантуется, т. е. может принимать лишь некоторые дискретные значения Еn, где п имеет целочисленные значения 1, 2, 3,... . Эти дискретные значения называют уровнями размерного квантования. Типичные значения работы выхода в большинстве твердых тел имеют величину Φ = 4—5 эВ, на несколько порядков превышающую характерную тепловую энергию носителей кТ, равную при комнатной температуре 0. 026 эВ.