Статья 12216

Название статьи

ЭФФЕКТЫ ДИССИПАТИВНОГО ТУННЕЛИРОВАНИЯ: ТЕОРИЯ И СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ

Авторы

Кревчик Павел Владимирович, аспирант, Пензенский государственный университет (Россия, г.Пенза, ул. Красная, 40), physics@pnzgu.ru
Кревчик Владимир Дмитриевич, доктор физико-математических наук, профессор, декан факультета приборостроения, информационных технологий и электроники, 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

Индекс УДК

539.23; 539.216.1

DOI 

10.21685/2072-3040-2016-2-12

Аннотация

Актуальность и цели. Интерес к науке о диссипативном туннелировании в последние годы заметно возрос в связи с развитием технологии нанострук-тур, а также широким использованием в исследованиях свойств наноструктур атомного силового и сканирующего туннельного микроскопа. Актуальность этих исследований с прикладной точки зрения связана с перспективами разра-ботки элементной базы квантовых компьютеров, лазеров на примесных пере-ходах, фотоприемников с управляемыми характеристиками и т.д. С фундамен-тальной точки зрения представляют интерес исследования таких нелинейных туннельных эффектов, как двумерные туннельные бифуркации, квантовые би-ения, стохатизация режима туннелирования и др. Целью настоящей работы является теоретическое исследование влияния двух локальных фононных мод на 1D- и 2D-диссипативное туннелирование в условиях внешнего электрического поля при конечной температуре в системе совмещенного атомного силового и сканирующего туннельного микроскопа для туннельно связанных квантовых точек, а также сравнение полученных теоретических результатов с данными эксперимента.
Материалы и методы. Расчет полевой зависимости вероятности 1D- и 2D-диссипативного туннелирования выполнен для модельного осцилляторного потенциала с учетом взаимодействия с одной и двумя локальными фононными модами среды-термостата в рамках квазиклассического приближения ме-тодом инстантонов. Проводится качественное сравнение полученных полевых зависимостей с экспериментальными туннельными вольт-амперными характеристиками для полупроводниковых квантовых точек из InAs, а также для квантовых точек из коллоидного золота на начальном этапе их формирования.
Результаты. Теоретически выявлен режим осциллирующего одномерного диссипативного туннелирования с учетом влияния двух локальных фононных мод диэлектрической матрицы, качественно объясняющий отдельные экспе-риментальные туннельные вольт-амперные характеристики для квантовых то-чек InAs/ GaAs с неэквидистантными и немонотонными по амплитуде харак-терными пиками. Показано, что в режиме синхронного параллельного перено-са туннелирующих частиц с иглы кантилевера в квантовую точку наличие двух локальных фононных мод приводит к появлению двух устойчивых пиков на полевой зависимости вероятности двумерного диссипативного туннелирования. Проведено качественное сравнение теоретической кривой в пределе слабой диссипации с экспериментальной туннельной вольт-амперной характеристикой для растущих квантовых точек из коллоидного золота под иглой кантилевера на начальном этапе формирования, когда размер квантовых точек не превышает 10 нм. Установлено, что на температурной зависимости вероятности двумерного диссипативного туннелирования один из двух устойчивых пиков, соответствующих взаимодействию туннелирующих частиц с двумя локальными фононными модами, может расщепляться на два, что может быть связано с механизмом интерференции каналов туннелирования. Найдено, что вблизи точки бифуркации реализуется теоретически предсказанный и экспериментально наблюдаемый режим квантовых биений.
Выводы. Параметры диссипативного туннелирования (частоты локальных фононных мод, коэффициенты взаимодействия туннелирующей частицы с этими фононными модами) наряду с температурой и напряженностью внеш-него электрического поля позволяют эффективно управлять туннельным транспортом в квантовых точках под иглой кантилевера совмещенного атом-ного силового и сканирующего туннельного микроскопа.

Ключевые слова

квантовая точка, квазиклассическое приближение, метод инстантонов, диссипативное туннелирование, электрическое поле, атомный силовой и сканирующий туннельный микроскоп.

Скачать статью в формате PDF
Список литературы

1. Управляемое диссипативное туннелирование. Туннельный транспорт в низкораз-мерных системах / под ред. Э. Дж. Леггета, при ред. участии В. Д. Кревчика, М. Б. Семенова, Ю. Н. Овчинникова, А. А, Бухараева, Ю. И. Дахновского, В. Ч. Жуков-ского, Х. Деккера, К. Ямамото, А. К. Арынгазина, А. И. Тернова. – М., 2011, 2012.
2. Дахновский, Ю. И. Низкотемпературные химические реакции как туннельные си-стемы с диссипацией / Ю. И. Дахновский, А. А. Овчинников, М. Б. Семенов // ЖЭТФ. – 1987. – Т. 92, вып. 3. – С. 955–967.
3. Two dimensional tunnel correlations with dissipation / A. K. Aryngazin, Yu. Dahnovsky, V. D. Krevchik, M. B. Semenov, A. A. Ovchinnikov, K. Yamamoto // Phys. Rev. B. – 2003. – Vol. 68. – P. 155426.
4. Особенности туннельных ВАХ в системе совмещенного АСМ/СТМ с квантовыми точками из коллоидного золота / В. Ч. Жуковский, В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов, Д. О. Филатов, Р. В. Зайцев, П. В. Кревчик, И. А. Егоров, В. А. Васильев // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. – 2015. – № 4. – С. 54–59.
5. Влияние локальных фононных мод широкозонной матрицы из туннельных ВАХ квазинульмерных структур / В. Ч. Жуковский, В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов, Д. О. Филатов, Р. В. Зайцев, П. В. Кревчик, А. А. Бухараев / Вестник Московского уни-верситета. Серия 3.Физика.Астрономия.–2014.–№4.–С.65–71.
6. Наблюдаемые двумерные туннельные бифуркации во внешнем электрическом поле / В. Ч. Жуковский, Ю. И. Дахновский, О. Н. Горшков, В. Д. Кревчик, М. Б. Се-менов, Ю. Г. Смирнов, Е. В. Чупрунов, В. А. Рудин, Н. Ю. Скибицкая, П. В. Крев-чик, Д. О. Филатов, Д. А. Антонов, М. А. Лапшина, К. Ямамото, М. Е. Шенина // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. – 2009. – № 5. – С. 3–8. (Zhukovskii V.Ch., Dakhnovskii Yu.I., Gorshkov O.N. et al. // Moscow Uni-versity Phys.Bull.2009.64,N5.P.475).
7. Изучение управляемого туннелирования в структурах типа «квантовая точка – квантовая яма» или «квантовая молекула» / В. Ч. Жуковский, Ю. И. Дахновский, В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов, В. Г. Майоров, Е. И. Кудряшов, К. Ямамото // Вест-ник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. – 2006. – № 3. – С. 24–27 (Zhukovskii V.Ch., Dakhnovskii Yu.I., Krevchik V.D. et al. // Moscow University Phys. Bull. 2006.61, N 3. P. 27).
8. Управляемое диссипативное туннелирование во внешнем электрическом поле / В. Ч. Жуковский, О. Н. Горшков, В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов, Е. В. Грозная, Д. О. Филатов, Д. А. Антонов // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. – 2009. – № 3. – С. 27–31 (Zhukovskii V.Ch., Gorshkov O.N., Krevchik V.D. et al. // Moscow University Phys. Bull. 2009. 64, N 1. P. 27).
9. Изучение управляемого диссипативного туннелирования в системах взаимодей-ствующих квантовых молекул / В. Ч. Жуковский, Ю. И. Дахновский, В. Д. Крев-чик, М. Б. Семенов, В. Г. Майоров, Е. И. Кудряшов, Е. В. Щербакова, К. Ямамото // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. – 2007. – № 2. – С. 10–14 (Zhukovskii V.Ch., Dakhnovskii Yu.I., Krevchik V.D. et al. // Moscow University Phys. Bull. 2007. 62, N 2. P. 73).
10. В.Ч. Жуковский, В.Д. Кревчик, М.Б. Семенов, П.В. Кревчик и др. «Эффекты дву-мерных бифуркаций и квантовых биений в системе совмещенного атомного сило-вого и сканирующего туннельного микроскопа с квантовыми точками» Вестник МГУ. Серия 3. Физика и астрономия.- 2016 г. – №5. Москва.- (в печати)
11. Объединенная СТМ/АСМ – визуализация локальной плотности состояний в InAs/GaAs квантовых точках / П. А. Бородин, А. А. Бухараев, Д. О. Филатов, Д. А. Воронцов, М. А. Лапшина // Поверхность: рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2009. – Т. 3, № 5. – С. 721–724.
12. Манцевич, В. Н. Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транс-порт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием : дис. … д-ра физ.-мат. наук : 01.04.10 «физика полупроводников» / Манцевич В. Н. – М. : Физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, 2014. – 337 с. Mantse-vich V. N., Maslova N. S. Spatial effects of Fano resonance in local tunneling conduc-tivity in vicinity of impurity on semiconductor surface // JETP Lett. 2010. Vol. 91, no. 3. Pp. 139-142.

 

Дата создания: 31.08.2016 11:05
Дата обновления: 20.10.2016 11:34