Теория низкоразмерных структур
 +7 (495) 939-20-03
 kofms@phys.msu.ru

Спецкурсы

Теория низкоразмерных структур

Введите что-нибудь для фильтрации.

Лектор

Сергей Григорьевич Тиходеев

Профессор, д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН

Аннотация

Цель курса — дать практические знания в области теории низкоразмерных структур.

В современной физике конденсированного состояния исследование наноструктур является одним из самых интересных и приоритетных направлений. Это объясняется не только фундаментальностью их физических свойств, но и практической важностью этих свойств для создания новых устройств электроники, новых методов хранения, обработки и передачи информации и изображений, новых технологий обработки и создания новых материалов с необычными свойствами.

В настоящем курсе будут рассмотрены основные понятия, использующиеся в этой области. Проиллюстрированы экспериментальные методы изготовления и исследования наноструктур. Разобраны примеры теоретических расчетов электронных и оптических свойств низкоразмерных структур, включая численные.

Основное внимание в курсе будет уделено полупроводниковым наноструктурам, их электронным и оптическим свойствам, методам их исследования и изготовления, основным приборам на их основе. Однако будут рассмотрены и некоторые смежные вопросы, например методы манипулирования одиночными атомами и молекулами с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

Программа курса

  1. Квазиэлектрическое поле и управление зарядами в полупроводнике вариацией его состава. Тройные полупроводники. Полупроводниковые гетеропереходы.
  2. A3B5, A2B6 и Ge/Si системы. Напряженные и ненапряженные гетеропереходы. Гетеропереходы I и II рода. Сверхрешетки и квантовые ямы. Квантовые нити и точки.
  3. Методы изготовления наноструктур. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Жидкостная и газовая эпитаксия. Литографические методы. Использование явлений самоорганизации и взаимодействия с излучением. Использование жертвенных слоев.
  4. Теоретические методы описания квантовых электронных свойств наноструктур. Метод огибающих. Однозонное, двухзонное и многозонное приближения. Самосогласованные уравнения Шредингера и Пуассона для наноструктур с объемным зарядом.
  5. Метод матриц переноса и рассеяния для описания электронных свойств квантовых наноструктур. Свойства матрицы рассеяния: унитарность, симметрия по отношению к обращению времени, взаимность. Основные квантовые явления, определяющие физические свойства полупроводниковых наноструктур: размерное квантование и туннелирование.
  6. Полупроводниковые сверхрешетки. Электронные минизоны. Блоховские осцилляции в сверхрешетках. Полупроводниковые квантовые ямы, нити и точки.
  7. Экситоны в полупроводниковых гетероструктурах различной размерности: квантовых ямах, нитях и точках. Экситоны в гетероструктурах с сильно различающимися диэлектрическими проницаемостями слоев: диэлектрическое усиление экситонов.
  8. Способы экспериментального исследования наноструктур: транспортные свойства, оптика (фотолюминесценция и возбуждение фотолюминесценции), магнитооптика, электронная и СТМ микроскопия.
  9. Приборы наноэлектроники: туннельный диод Исаки; резонансный туннельный диод.
  10. Приборы наноэлектроники: транзистор с высокой подвижностью электронов.
  11. Приборы наноэлектроники: светодиоды и лазеры на квантовых наноструктурах, системы с горизонтальным и вертикальным резонатором, квантовый каскадный лазер, приемник ИК на межподзонных переходах гетероструктуры.
  12. Оптические свойства полупроводниковых наноструктур. Электронная плотность состояний. Экситоны в наноструктурах. Диполярные экситоны и непрямые экситоны в двойных квантовых ямах. Бозе-конденсация экситонов. Биэкситоны в наноструктурах.
  13. Приборы наноэлектроники: светодиоды и лазеры на квантовых наноструктурах, системы с горизонтальным и вертикальным резонатором, квантовый каскадный лазер, приемник ИК на межподзонных переходах гетероструктуры.
  14. Упругое и неупругое туннелирование электронов. Туннельная спектроскопия. Сканирующий туннельный микроскоп и манипулирование одиночными адсорбированными атомами и молекулами.

Литература

Основная

  • Грундман М. «Основы физики полупроводников. Нанофизика и технические приложения». Москва, Физматлит, 2012 (пер. с английского). 771 с.
  • Кульбачинский В.А. «Физика наносистем». Москва, Физматлит, 2022. 768 с.

Дополнительная

  • Питер Ю., Мануэль Кардона «Основы физики полупроводников», Москва, Физматлит, 2002 (пер. с английского).
  • Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела. Москва “Мир”, 1979, 2т., 400+422 стр.
  • Edward L. Wolf, Nanophysics and Nanotechnology: An Introduction to Modern Concepts in Nanoscience. 2nd Edition. Wiley, 2006. ISBN: 978-3-527-40651-7.

Другие спецкурсы программы