10162

10162

اثرات نقص و برهم¬كنش الكترون-الكترون در نانو حلقه¬هاي كوانتومي منزوي و باز در حضور برهم¬كنشهاي اسپين-مدار

دريافت درجه دكتري

فيزيك حالت جامد

تيرماه 1391

تيرماه 1391

دكتر مهدي اسماعيل زاده

چكيده در اين پژوهش، اثرات نقص ساختاري بر خواص الكتروني و اسپيني نانوحلقه¬هاي كوانتومي منزوي و باز در حضور برهم¬كنش¬هاي اسپين-مدار و برهم¬كنش الكترون-الكترون مورد بررسي قرار گرفته است. حلقه كوانتومي تحت يك ميدان مغناطيسي خارجي كه در امتداد عمود بر حلقه اعمال مي¬شود قرار دارد. در ابتدا به بررسي خواص الكتروني يك حلقه متشكل از آرايه¬ نقاط كوانتومي مي-پردازيم. پتانسيل آرايه با سد پتانسيلهاي مستطيلي كرونيگ-پني، و نقص آرايه با تغيير در عرض يا ارتفاع يكي از سدهاي پتانسيل مدل شده است. نشان داده شده است كه ميدان مغناطيسي سبب جابجايي مناطق بريلوئن مي¬شود. بنابراين تعميمي براي شرط بازتاب براگ از مرز مناطق ارائه شده است كه اثرات ميدان مغناطيسي را در بر دارد و قابل كاربرد براي هر شبكه¬ حلقوي شكل است. همچنين در حضور برهم¬كنش الكترون-الكترون نشان داده شده است كه يك مقدار بحراني براي پتانسيل نقص وجود دارد كه به ازاي آن دوره نوسانات آهارانف-بوهم از دوره كسري به دوره صحيح گذار مي¬كند. مطالعه حلقه كوانتومي منزوي و سيم كوانتومي در حضور هر دو نوع برهم¬كنش اسپين-مدار راشبا و درسلهاوس از جمله مباحث اين پژوهش است. براي حلقه و سيم هاميلتوني¬هاي مؤثري معرفي شده است كه به ترتيب ايرادهاي حاصل از تقريب پايين¬ترين حالت شعاعي و تقريب پايين-ترين زير نوار را در بر ندارند. عناصر ماتريس هاميلتوني¬هاي مؤثر با روشهاي تحليلي بدست آمده¬اند و در استخراج آنها اثرات اولين حالت برانگيخته نيز در نظر گرفته شده است. نشان مي¬دهيم كه حضور نقص ساختاري در حلقه باعث از ميان رفتن برخي خواص اسپيني در پايين¬ترين ويژه حالتها مي¬شود كه اين خواص از برهم¬كنشهاي اسپين-مدار ناشي مي¬شوند. همچنين نقص مي¬تواند مانع از كاهش دوره نوسانات آهارانف-بوهم در حضور برهم¬كنش الكترون-الكترون شود. در خصوص حلقه كوانتومي باز، ترابري الكتروني و ترابري وابسته به اسپين يك سيم كوانتومي جفت شده با حلقه كوانتومي، با استفاده از فرمولبندي تابع گرين تعادلي، مورد بررسي قرار گرفته است. در اين مسأله با فرض حضور نقص، برهم¬كنش اسپين-مدار راشبا و اثر زيمان در حلقه به مطالعه ترابرد الكتروني و اسپيني الكترونها در سيم پرداخته شده است. نشان داده شده است كه اگرچه اثر راشبا موجب شكافت اسپيني ترازهاي انرژي مي¬شود اما از ميزان قطبيدگي اسپيني ترازها مي¬كاهد كه اين موضوع تأثير نامطلوبي بر ترابري اسپين دارد. با اين وجود، نقص موجود در حلقه كوانتومي در شرايط خاصي مي¬تواند موجب بهبودي ترابري وابسته به اسپين گردد. چكيده در اين پژوهش، اثرات نقص ساختاري بر خواص الكتروني و اسپيني نانوحلقه¬هاي كوانتومي منزوي و باز در حضور برهم¬كنش¬هاي اسپين-مدار و برهم¬كنش الكترون-الكترون مورد بررسي قرار گرفته است. حلقه كوانتومي تحت يك ميدان مغناطيسي خارجي كه در امتداد عمود بر حلقه اعمال مي¬شود قرار دارد. در ابتدا به بررسي خواص الكتروني يك حلقه متشكل از آرايه¬ نقاط كوانتومي مي-پردازيم. پتانسيل آرايه با سد پتانسيلهاي مستطيلي كرونيگ-پني، و نقص آرايه با تغيير در عرض يا ارتفاع يكي از سدهاي پتانسيل مدل شده است. نشان داده شده است كه ميدان مغناطيسي سبب جابجايي مناطق بريلوئن مي¬شود. بنابراين تعميمي براي شرط بازتاب براگ از مرز مناطق ارائه شده است كه اثرات ميدان مغناطيسي را در بر دارد و قابل كاربرد براي هر شبكه¬ حلقوي شكل است. همچنين در حضور برهم¬كنش الكترون-الكترون نشان داده شده است كه يك مقدار بحراني براي پتانسيل نقص وجود دارد كه به ازاي آن دوره نوسانات آهارانف-بوهم از دوره كسري به دوره صحيح گذار مي¬كند. مطالعه حلقه كوانتومي منزوي و سيم كوانتومي در حضور هر دو نوع برهم¬كنش اسپين-مدار راشبا و درسلهاوس از جمله مباحث اين پژوهش است. براي حلقه و سيم هاميلتوني¬هاي مؤثري معرفي شده است كه به ترتيب ايرادهاي حاصل از تقريب پايين¬ترين حالت شعاعي و تقريب پايين-ترين زير نوار را در بر ندارند. عناصر ماتريس هاميلتوني¬هاي مؤثر با روشهاي تحليلي بدست آمده¬اند و در استخراج آنها اثرات اولين حالت برانگيخته نيز در نظر گرفته شده است. نشان مي¬دهيم كه حضور نقص ساختاري در حلقه باعث از ميان رفتن برخي خواص اسپيني در پايين¬ترين ويژه حالتها مي¬شود كه اين خواص از برهم¬كنشهاي اسپين-مدار ناشي مي¬شوند. همچنين نقص مي¬تواند مانع از كاهش دوره نوسانات آهارانف-بوهم در حضور برهم¬كنش الكترون-الكترون شود. در خصوص حلقه كوانتومي باز، ترابري الكتروني و ترابري وابسته به اسپين يك سيم كوانتومي جفت شده با حلقه كوانتومي، با استفاده از فرمولبندي تابع گرين تعادلي، مورد بررسي قرار گرفته است. در اين مسأله با فرض حضور نقص، برهم¬كنش اسپين-مدار راشبا و اثر زيمان در حلقه به مطالعه ترابرد الكتروني و اسپيني الكترونها در سيم پرداخته شده است. نشان داده شده است كه اگرچه اثر راشبا موجب شكافت اسپيني ترازهاي انرژي مي¬شود اما از ميزان قطبيدگي اسپيني ترازها مي¬كاهد كه اين موضوع تأثير نامطلوبي بر ترابري اسپين دارد. با اين وجود، نقص موجود در حلقه كوانتومي در شرايط خاصي مي¬تواند موجب بهبودي ترابري وابسته به اسپين گردد.