Физика низкоразмерных систем

2024/2025

Статус: Маго-лего

Кто читает: Департамент физики

Когда читается: 1, 2 модуль

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Журихина Валентина Владимировна, Иванов Константин Александрович

Язык: русский

Кредиты: 6

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Дисциплина направлена на приобретение обучающимися знаний, умений и навыков в области физики низкоразмерных систем: структур с квантовыми ямами, квантовыми проволоками, квантовыми точками и сверхрешетками. Существенное внимание уделяется развитию навыков в расчете электронных, фотонных и фононных состояний в полупроводниковых наноструктурах и анализе их физических свойств.

Цель освоения дисциплины

Формирование у студентов углубленных знаний о физических свойствах твердотельных структур пониженной размерности и развитие навыков в расчете электронных, фотонных и фононных состояний в полупроводниковых наноструктурах и анализе их физических свойств

Планируемые результаты обучения

Знание kp теории возмущения для вырожденной зоны. Знание закономерностей спин-орбитального расщепление валентной зоны в полупроводниках типа GaAs. Знание подхода эффективного гамильтониана дырок в двухзонном приближении. Знание понятия гамильтониана Латтинжера, зонных параметров Латтинжера.
Знание двумерной гексагональной структура графена. Знание двумерной зоны Бриллюэна графена. Знание алгоритма применения метода сильной связи для π-орбиталей атомов углерода. Знание дираковского спектра с нулевой массой покоя в точках K и K' зоны Бриллюэна.
Знание классификации гетероструктур (иерархия понятий). Знание классификации сверхрешеток. Знание метода расчета энергии размерного квантования в структурах с квантовыми ямами, квантовыми проволоками и квантовыми точками. Знание метода матриц переноса для расчета зонной диаграммы гетероструктуры.
Знание механизмов влияния продольного и поперечного электрического поля на электронные состояния в наноструктурах. Знание основных положений квантово-размерного эффекта Штарка в квантовой яме. Знание основе метода сильной связи для расчета электронных состояний в полупроводниковой сверхрешетке.
Знание уравнений, описывающих примесные центры и экситоны в квантовых ямах, частные случаи толстых и тонких ям. Знание волнового уравнения, его решений для света, распространяющегося в структуре с квантовой ямой. Знание метода решения волнового уравнения с помощью метода одномерной функции Грина. Знание основных характеристик экситонного уровня в квантовой яме: время жизни, радиационная ширина.
Знание явления и теоретического описания туннелирования электрона через двухбарьерную структуру. Знание вывода аналитических формул для коэффициентов отражения и пропускания в резонансной области электронной энергий. Знание понятий резонансный туннельный ток, вольтамперная характеристика двухбарьерной структуры.
Умение рассчитывать энергии размерного квантования в структурах с квантовыми ямами, квантовыми проволоками и квантовыми точками методом эффективной массы. Умение рассчитывать оптические свойства гетероструктур с квантовыми ямами, квантовыми проволоками и квантовыми точками методом матриц переноса.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Энергетический спектр дырок в сложной валентной зоне
Тема 2. Размерное квантование носителей заряда в низкоразмерных системах
Тема 3. Электроны, экситоны, фотоны и фононы в наноструктурах
Тема 4. Резонансное туннелирование и туннельные токи
Тема 5. Резонансное отражение и пропускание света в наноструктурах
Тема 6. Электрооптические эффекты в структурах с квантовыми ямами и сверхрешетках
Тема 7. Графеноподобные материалы

Элементы контроля

Коллоквиум
Устный экзамен
Экзамен проверяет освоение учащимся материала курса, а также умение самостоятельно пользоваться полученными знаниями. Экзаменационный билет состоит из двух вопросов из списка вопросов к экзамену. После ответа на вопросы экзаменатор задаёт дополнительные вопросы и, в случае успешного ответа на них, задачу. Ответ на дополнительные вопросы не предполагает трудоёмких вычислений или длинных рассуждений и проверяет общее знание курса. На подготовку ответа выделяется 2,5 часа.

Промежуточная аттестация

2024/2025 2nd module
0.3 * Коллоквиум + 0.7 * Устный экзамен

Список литературы

Авторы

Юдаева Оксана Юрьевна
Глазов Михаил Михайлович

Программа дисциплины