NANOSSTEMLRN KVANT MEXANKASI Prof smaylov T H Brk

NANOSİSTEMLƏRİN KVANT MEXANİKASI Prof. İsmayılov T. H. Bərk cisimlər fizikası kafedrası

NANOTƏDQİQAT SAHƏLƏRİ

Xarakterik ölçülər

POTENSİAL SAHƏDƏ HƏRƏKƏT Potensial çəpər – müxtəlif və ya eyni potensial enerjili digər iki fəza oblastını bir-birindən ayıran oblast. « Hündürlüyü » , yəni, çəpəri dəf etmək üçün klassik zərrəciyə lazım olan enerji ilə səciyyələnir. Əgər zərrəcik kvant qanunlarına tabedirsə, enerjisi potensial çəpərin «hündür-lüyündən» kiçik olsa belə, onun potensial çəpəri dəfetmə ehtimalı var (Tunel effekti),

Kvant mexanikası Atomun Bor modeli (1913) Stasionr hallar Nils Bor

Elektron keçidləri

Kvant mexanikası

Ölçü Kvantlanması (Size Quantization) • Frohlich (1937), • I. M Lifshitz (1951, 1952), • R. Kubo (1962), • V. B. Sandomirskii (1962).

Zərrəcyin kristalda hərəkəti

Bərk cisimlərin zona quruluşu

Ölçü Kvantlanması d – lokallaşma oblastı

Kvant təbəqəsi а E E n b E 4 E 3 E E 2 1 0 L z 0

Kvant ölçü effektlərini müşahidə etmək üçün zəruri şərtlər • • Nanoölçülü strukturlar Kifayət qədər aşağı temperaturlar Yüksək yürüklüyə malik yükdaşıyıcılar Kiçik effektiv kütlələr (yarımkeçirici əsaslı strukturlarda) • Yükdaşıyıcıların konsentrasiyasının çox da böyük olmaması

Ikiölçülü elektron qazı

DOS in Low-Dimensional Electron Systems

Spherical Quantum Dot

AŞAĞIÖLÇÜLÜ ELEKTRON SİSTEMLƏRİ

Kvant nöqtələrinin həndəsi modelləri

Limit ölçüləri, enerji sərfi, istilik ayrılması Potensial quyunun minimal ölçüsü zərrəciyin ən kiçik mümkün lokallaşma ölçüsü ilə təyin olunur. Bunu kristalın perioduna görə qiymətləndirmək olar. Müasir sistemlərdə bir bit informasiyaya 100 - dən çox zərrəcik düşdüyündən, bir bit informasiyaya uyğun maksimal ölçü 4 -5 qəfəs sabiti qədərdir. Potensial quyunun minimal dərinliyi zərrəciyin quyudan çıxmasına kifayət etməyən orta həyəcanlaşma enerjisi((3/2 k. T) ilə müəyyən olunur. Məhz bu da minimal enerji sərfini (~10 -17 -10 -18 Дж) və bir bit informasiyanın yazılması zaman ayrılan istiliyi təyin edir.

Aşağıölçülü sistemlərin alınması. Molekulyar-Şüa epitaksiyası(MŞE)

Əsas ideya • Kristal ölçülərinin məhdudlaşdırılması onun elektrik, optik və maqnit xassələrini köklü surətdə dəyişir. • Elektrik, optik və maqnit xassələri təkcə materialın özəlliyi ilə deyil, eyni zamanda onun ölçüləri və həndəsi forması ilə də müəyyən olunur

“Band gap engineering” • Kvant quyusunun parametrlərini(enini, hündürlüyünü, və formasını) dəyişməklə, ölçü səviyyələrinin vəziyyətlərini məqsədyönlü şəkildə dəyişmək olar. • Bir neçə kvant quyusu olan halda bu quyular arasındakı məsafələridəyişməklə, ilkin materiala xas olmayan effektlər almaq mümkündür.

Nanocihazlar fizikası • • • �İfratqəfəslər �Kvant quyuları �Heterokeçid əsaslı lazerlər �Kvant kaskad lazerlər. �Kvant quyu əsaslı detektorlar �Foton kristalları �Kvant-Holl effekti �Təkelektronika �Spintronika �Superparamaqnetizm �Yaddaş qurğuları

E L E K T R O N • An electron has a charge (- e) and a spin (½) • -e (spin) + -e (charge) • Electronic industries have made good use of the charge • But the electron spin has essentially been neglected

Bitlər və kubitlər Kubit (quantum bit) – kvant kompyüterində informasiyanın saxlanılmasının ən kiçik elementidir. Bit kimi kubitin də iki məxsusi halı var. Lakin bununla bərabər, bu halların superpozisiyası da fərqli bir hal deməkdir. .

Kvant mexanikası və superpozisiya prinsipi • Kvant mexanikasının əsasında – Şredinger tənliyi durur. Bu tənlik kvant sisteminin dalğa funksiyasının təkamülünü təsvir edir: Hamilton operatoru xətti olduğu üçün

SPIN TRANZISTORU

Tranz. Istors : Datta and Das (1990 )

Spin tranzistorunun iş prinsipi

Birelektronlu tranzistor

Mur qanunu 1965 - Qordon Mur, məruzə: «İnteqral elektronikanın gələcəyi» , Çipdəki komponentlərin sayı (və onların minimal qiyməti) ilə zamanı əlaqələndirən qrafik (5 nöqtə, 1959– 1964 -cü illər), Mur qanunu (1975) Mur qanunu: «Çipdəki komponentlərin sayı hər il təxminən iki dəfə artır» Bu proqnoz sonrakı on ildə(1975 -1985) özünü doğrultdu (!!!).

Eksonensial inkişaf və Mur qanunu Mürəkkəb mikrosxemlərin texnoloji normaları. Onların qiymətləri düşür - düzdür, hər növbəti mərhələdə iki dəfə yox, təxminən 1, 5 dəfə.

• Quantum confinement discrete states • Energy levels from solutions to Schrodinger Equation • Schrodinger equation: V • For 1 D infinite potential well x=0 • If confinement in only 1 D (x), in the other 2 directions energy continuum x=L