Fisica delle strutture a bassa dimensionalità - Dai pozzi quantistici al DNA e agli atomi artificiali

Titolo originale:

Physics of Low-Dimensional Structures - From Quantum Wells to DNA & Artificial Atoms

Contenuto del libro:

Questo libro copre il campo delle strutture a bassa dimensionalità, a partire dalle doppie eterostrutture selettivamente drogate n-A1GaAs/GaAs/n-A1GaAs e p-Si/SiGe/p-Si (strained) (pozzi quantici). Viene analizzato il comportamento della densità di elettroni di strato, delle popolazioni e delle energie di sottobanda in funzione della larghezza del pozzo, dello spessore dello spaziatore e della concentrazione di drogaggio. Viene discussa la dipendenza dalla temperatura della concentrazione di elettroni di massa rispetto alla quasi-2DEG. Nel quadro della teoria del trasporto di Boltzmann, viene presentato uno studio dettagliato della mobilità a basse e alte temperature, tenendo conto di tutti i meccanismi di diffusione rilevanti. I pozzi quantistici pseudomorfi Si/SiGe non drogati sono un esempio perfetto per lo studio della non parabolicità delle bande di buche. Per la prima volta in un libro viene introdotta una soluzione esatta dell'equazione di massa efficace multibanda che descrive le bande di valenza delle buche pesanti, leggere e split-off, e vengono ottenute le transizioni interbanda e le regole di selezione. Riducendo la dimensionalità, vengono discussi nuovi aspetti relativi alle proprietà ottiche e di trasporto dei fili quantistici (QWRS). In particolare, gli spettri di fotoluminescenza e microfotoluminescenza di QWRS a forma di V vengono interpretati teoricamente, portando a una cartografia realistica della rugosità dell'interfaccia di questi sistemi.

Per la prima volta in un libro viene presentato un approccio computazionale per la soluzione del problema degli autovalori in sistemi a bassa dimensione di geometria complessa ma realistica, e le considerazioni teoriche sul trasporto porteranno a uno studio sistematico della mobilità. Poiché il DNA può essere considerato come un “filo molecolare” unidimensionale, lo studio del trasporto dei portatori lungo il DNA viene discusso in termini di trasporto a saltelli. Viene presentato uno schema computazionale che permette di studiare gli spettri di magnetoassorbimento in campo vicino di Quantum Dots (QD) di qualsiasi geometria, sotto un campo magnetico di qualsiasi orientamento. Viene esplorato l'effetto del confinamento spaziale imposto dalle dimensioni del QD e del confinamento magnetico governato dal campo magnetico. Viene inoltre discussa l'influenza delle interazioni coulombiane tra elettroni e buche. L'applicabilità del metodo in esperimenti reali, cioè l'illuminazione di una nanostruttura con una sonda a campo vicino in combinazione con l'applicazione simultanea di un campo magnetico esterno, può diventare una sfida per gli sperimentatori. Infine, viene discusso il trasporto magnetotermoelettrico nel regime dell'effetto Hall quantistico frazionario (FQHE). Viene delineato il quadro teorico per il calcolo della resistività, della potenza termica e della conduttività termica per gas bidimensionali di elettroni e buche, a basse temperature e con forti campi magnetici perpendicolari.

L'immagine fermionica composita consente di utilizzare l'effetto Hall quantistico intero e i modelli di conducibilità di Shubnikov - de Haas per un confronto quantitativo con l'esperimento. Viene inoltre presentato uno studio sulla validità di leggi fisiche fondamentali come la legge di Wiedemann-Franz in strutture bidimensionali.