太拉赫兹场及强磁场作用下半导体超晶格系统中的输运性质

作     者：闫福强 

作者单位：中国科学院上海冶金研究所 

学位级别：硕士

导师姓名：雷啸霖

授予年度：2001年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：太拉赫兹场 强磁场作用 半导体超晶格 输运性质 

摘      要：在强磁场作用下，半导体系统中的电子能量将发生朗道量子化，引起许多重要的磁现象，如 SdH振荡、磁声共振、整数和分数量子霍耳效应等。研究磁输运现象常用的玻耳兹曼方程和久保理 论都局限于线性输运，而近十几年发展起来的雷-丁平衡方程理论则突破了这一局限，成为输运研 究中非常有效的方法。论文中简单介绍了磁场作用下的平衡方程方法。 在低维电子系统中，传导电子被禁锢在纳米尺度的区域，其子带能量、动量、费米能量等都在 meV量级，而且其动量和能量弛豫时间也在THz辐射周期所在的尺度范围内，因此，太拉赫兹辐 射场会强烈地影响凝聚态物质特别是低维半导体系统和半导体纳米结构的基本性质。最近，半导体 结构与高频辐射THz场相互作用的研究发展迅速，并发现很多有趣的实验现象，这些实验发现显 示出丰富的器件应用前景。Lei发展了一组新的不含时的动量能量平衡方程，利用这组包含了高阶 多光子过程的平衡方程方法处理强THz场作用下半导体的输运问题十分方便。高频辐射场作用下 的平衡方程方法文中做了简介。 利用强磁场和太拉赫兹场下平衡方程理论我们研究了在纵向磁场和太拉赫兹辐射场（磁场方 向和电场方向平行，都沿超晶格生长轴方向）作用下，超晶格微带半导体系统中的输运性质，我们 发现，太拉赫兹辐射场对半导体超晶格微带输运性质有重要影响。我们采用的系统是GaAs基量子 阱超晶格，计算中系统中的弹性散射由无规体分布的带电杂质散射代表，非弹性散射包含了纵向光 学声子、纵向及横向声学声子。在输运性质方面，在只有纵向磁场而无高频辐射场的情况下;在温 度较高时，线性迁移率随磁场强度的变化而表现出强烈的振荡行为，当满足一定的条件时，发生磁 声子共振，因而产生较大的磁阻。当偏离共振条件时，电子被光学声子散射的可能终态减少，磁阻 较小。窄带超晶格的非线性输运行为也表现出随纵向磁场的强烈振荡。在一定的条件下，LO声子 散射有可能被完全禁止，电子温度随电场增加迅速升高，漂移速度在很低的临界电场下就达到峰 值。但在高频辐射场的作用下，情况完全不同。太拉赫兹场会剧烈影响无高频辐射场的磁声共振结 构，会发生多光子磁声共振现象，即纵向磁阻在磁场满足电子吸收光学声子的同时吸收或发射多光 子的条件时发生的共振现象，随着辐射场强度的增大，多光子过程对纵向磁阻的贡献越来越重要， 多光子磁声共振峰会越来越明显，原有的磁声共振现象也越来越受到抑制。对于非线性输运行为， 原来的LO声子散射禁戒也可能在载流子吸收一个或多个光子后被打破，表现出与无辐射场完全不 同的行为。