| Авторы |
Кревчик Владимир Дмитриевич, доктор физико-математических наук, профессор, декан физико-
математического факультета, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), physics@pnzgu.ru
Семенов Михаил Борисович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), physics@pnzgu.ru
Зайцев Роман Владимирович, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), physics@pnzgu.ru
Филатов Дмитрий Олегович, заведующий лабораторией зондовой микроскопии, Научно-исследовательский физико-технический институт, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского (Россия, г. Нижний Новгород, проспект Ленина, 27), dmitry_filatov@inbox.ru
Кревчик Павел Владимирович, аспирант, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), physics@pnzgu.ru
Бухараев Анастас Ахметович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией физики и химии поверхности, Казанский физико-технический институт им. Е. К. Завойского Казанского научного центра Российской академии наук (Россия, Казань, ул. Сибирский тракт, 10/7), a_bukharaev@kfti.knc.ru
Арынгазин Аскар Канапьевич, доктор физико-математических наук, директор Института фундаментальных исследований, Евразийский национальный университет имени Л. Н. Гумилева (Казахстан, Астана, ул. Мирзояна, 2), physics@pnzgu.ru
|
| Аннотация |
Актуальность и цели. Изучение проблемы управляемости квантовых эффектов, связанных с диссипативной туннельной динамикой в низкоразмерных системах различной природы, является актуальной проблемой современной физики конденсированного состояния. В последние годы активизировались исследования управляемых туннельных эффектов в системах полупроводниковых квантовых точек, а также в экспериментах со сканирующим туннельным/атомно-силовым микроскопом при исследовании параметров низкоразмерных структур. Целями данной работы являются: экспериментальное исследование туннельных вольт-амперных характеристик, полученных при визуализации локальной плотности состояний в квантовых точках InAs/GaAs (001) методом туннельной атомно-силовой микроскопии; теоретическое исследование режима диссипативного 1D-туннельного переноса с учетом влияния отдельных локальных фононных мод широкозонной матрицы во внешнем электрическом поле при конечной температуре.
Материалы и методы. При измерении пространственного и энергетического распределения локальной плотности состояний в квантовых точках InAs использовался метод сканирующей туннельной микроскопии в сверхвысоком вакууме. Образцы для исследований были выращены на подложках n+-GaAs (001) марки АГЧO, легированных Sn методом гидридной эпитаксии металлоорганических соединений при атмосферном давлении. При вычислении вероятности 1D-диссипативного туннелирования в модели двухъямного осцилляторного потенциала с точностью до предэкспоненциального фактора использовался метод инстантонов в приближении разреженного газа пар «инстантон – антиинстантон».
Результаты. В рамках выполненного эксперимента по визуализации локальной плотности состояний в квантовых точках InAs/GaAs (001) методом туннельной атомно-силовой микроскопии в сверхвысоком вакууме получены туннельные вольт-амперные характеристики, где были обнаружены несколько неэквидистантных пиков. Предложена модель 1D-диссипативного туннелирования для интерпретации обнаруженных на эксперименте особенностей туннельных вольт-амперных характеристик контакта зонда атомно-силового микроскопа к поверхности квантовой точки. Найдено, что влияние промотирующих мод широкозонной матрицы на вероятность 1D-диссипативного туннелирования приводит к появлению двух отдельных пиков (как устойчивого, так и неустойчивого) в соответствующей полевой зависимости.
Выводы. Показано, что теоретическая зависимость вероятности 1D-диссипативного туннелирования с учетом влияния одной промотирующей моды широкозонной матрицы от напряженности внешнего электрического поля лишь частично согласуется с экспериментальной вольт-амперной характеристикой контакта зонда атомно-силового микроскопа к поверхности квантовой точки InAs/GaAs (001). Вместо серии неэквидистантных пиков теоретическая модель дает только два, один из которых оказался неустойчивым. Для лучшего согласования теоретической модели и экспериментальных данных целесообразным может быть учет влияния двух локальных мод широкозонной матрицы. Показано, что наряду с режимом резонансного туннелирования, как пред-
полагалось ранее, необходимо также учитывать вклад диссипативного режима (в пределе «слабого» затухания), который может проявляться в туннельных вольт-амперных характеристиках для полупроводниковых квантовых точек, помещенных в широкозонную матрицу.
|
| Список литературы |
1. Имри, Й. Введение в мезоскопическую физику / Й. Имри. – М. : Физматлит, 2002.
2. Caldeira, A. O. Influence of Dissipation on Quantum Tunneling in Macroscopic Systems / A. O. Caldeira, A. J. Leggett // Phys. Rev. Lett. – 1981. – Vol. 46, № 4. – P. 211–214.
3. Ларкин, А. И. Квантовое туннелирование с диссипацией / А. И. Ларкин, Ю. Н. Овчинников // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. – 1983. – Т. 37, № 7. – С. 322–325.
4. Ларкин, А. И. Влияние квантования уровней на время жизни метастабильных состояний / А. И. Ларкин, Ю. Н. Овчинников // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 1986. – Т. 91, № 1 (7). – С. 318–325.
5. Гантмахер, В. Ф. Мезоскопические и сильнокоррелированные электронные системы «Черноголовка – 97». Встречи в мезоскопической области / В. Ф. Гантмахер, М. В. Фейгельман // Успехи физических наук. – 1998. – Т. 168, № 2. – С. 113–116.
6. Тернов, И. М. Квантовая механика и макроскопические эффекты / И. М. Тернов, В. Ч. Жуковский, А. В. Борисов. – М. : Изд-во МГУ, 1993.
7. Введение в современную мезоскопику / А. К. Арынгазин, В. Ч. Жуковский, В. Д. Кревчик и др. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2003.
8. Transfer processes in low-dimensional systems : сб. статей ; под ред. А. К. Арынгазина, В. Д. Кревчика, М. Б. Семенова, К. Yamamoto / UT Research Institute Press, Tokyo, Japan, 2005.
9. Управляемое диссипативное туннелирование. Туннельный транспорт в низкоразмерных системах (под ред. Э. Леггета, А. К. Арынгазина, М. Б. Семенова, В. Д. Кревчика, Ю. Н. Овчинникова, К. Ямамото и др.). – М. : Физматлит, 2012.
10. Бородин, П. А. Исследование локальной плотности состояний в самоформирующихся островках GeSi/Si (001) методом комбинированной сканирующей туннельной/атомно-силовой микроскопии / П. А. Бородин, А. А. Бухараев, Д. О. Филатов и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2009. – № 9. – С. 71–75.
11. Влияние диэлектрической матрицы на туннельные вольтамперные характеристики в квантовых точках в условиях внешнего электрического поля / В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов, Р. В. Зайцев, С. Е. Козенко, М. А. Манухина // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2012. – № 2 (22). – С. 119–135.
12. Дахновский, Ю. И. Низкотемпературные химические реакции как туннельные системы с диссипацией / Ю. И. Дахновский, А. А. Овчинников, М. Б. Семенов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 1987. – Т. 92, № 3. – С. 955–967.
13. Aringazin, A. K. Two-dimensional tunnel bifurcations with dissipation / A. K. Aringazin, Yu. I. Dahnovsky, V. D. Krevchik // Hadronic Journal. – 2004. – Vol. 27, № 2. – P. 115–150.
14. Venkatesan, A. Dissipation due to tunneling two-level systems in gold nanomechanical resonators / A. Venkatesan, K. J. Lulla, M. J. Patton. – URL: arXiv: 0912.1281v1 [cond-mat.mes-hall] 7 Dec 2009
15. Bomze, Yu. Resonant Tunneling in a Dissipative Environment / Yu. Bomze, H. Mebrahtu, I. Borzenets, A. Makarovski, and G. Finkelstein. – URL: arXiv: 1010.1527v1 [cond-mat.mes-hall] 7 Oct 2010
16. Ferry, D. K. Transport in nanostructures / D. K. Ferry, S. M. Goodnick, J. Bird. – URL: http://www.cambridge.org/9780521877480
17. Phonon-assisted tunneling and two-channel Kondo physics in molecular junctions / da Silva Luis G. G. V. Dias, Dagotto Elbio // Phys. Rev. B. – Vol. 79. – Р. 2009155302.
18. Grodecka, A. Phonon-assisted tunneling between singlet states in two-electron quantum dot molecules / A. Grodecka, P. Machnikowski, J. Forstner. – URL: arXiv:0803.1734v2 [cond-mat.mes-hall] 27 Apr 2009.
19. Жуковский, Б. Ч. Наблюдаемые двумерные туннельные бифуркации во внешнем электрическом поле / Б. Ч. Жуковский, Ю. И. Дахновский, О. Н. Горшков // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. – 2009. – № 5. – С. 3–5.
20. Жуковский, В. Ч. Изучение управляемости туннелирования в структурах типа «квантовая точка – квантовая яма» или «квантовая молекула» / Б. Ч. Жуковский, Ю. И. Дахновский, В. Д. Кревчик // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. – 2006. – № 3. – С. 24–27.
21. Жуковский, В. Ч. Управляемое диссипативное туннелирование во внешнем электрическом поле / В. Ч. Жуковский, О. Н. Горшков, В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов и др. // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. – 2009. – № 1. – С. 27–31.
22. Жуковский, В. Ч. Изучение управляемости диссипативного туннелирования в системах взаимодействующих квантовых молекул / В. Ч. Жуковский, Ю. И. Дахновский, В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов и др. // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. – 2007. – № 2. – С. 10–14.
23. Filatov, D. Tunneling Atomic Force Microscopy of Self-Assembled In(Ga)As/GaAs Quantum Dots and Rings and of GeSi/Si(001) Nanoislands / D. Filatov, V. Shengurov, N. Nurgazizov, P. Borodin, A. Bukharaev // Fingerprints in the Optical and Transport Properties of Quantum Dots / Ed. A. Al-Ahmadi. – Rijeka : InTech, 2012. – P. 273– 298.
24. Maltezopoulos, T. Wave-Function Mapping of InAs Quantum Dots by Scanning Tunneling Spectroscopy / T. Maltezopoulos, A. Bolz, C. Meyer et al. // Phys. Rev. Lett. – 2003. – Vol. 91. – P. 196804.
25. Бухараев, А. А. Экспериментальные исследования и компьютерное моделирование процессов химического травления / А. А. Бухараев, Н. В. Бердунов, Д. В. Овчинников // Микроэлектроника. – 1997. – Т. 26, № 3. –С. 163–170.
26. Эфрос, Ал. Л. Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре / Ал. Л. Эфрос, А. Л. Эфрос // Физика и техника полупроводников. – 1982. – Т. 16, № 7. – С. 1209.
|
