کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots یا مدل‌های فیزیکی برای نقاط کوانتومی نیمه‌هادی، یکی از کامل‌ترین منابع آموزش فیزیک کوانتوم در حوزه‌ی فیزیک است. این کتاب در 57 فصل به آموزش مباحث فیزیک کوانتوم با محوریت قطعات نیمه‌هادی خواهد پرداخت.
در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.
مقدمه‌ای بر کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots:
با پیشرفت در تکنیک‌های کوچک‌سازی و لیتوگرافی، مفهوم نقطه کوانتومی یا جعبه کوانتومی به عنوان مجموعه ای از حامل‌های بار محدود، الکترون‌ها یا حفره‌ها، در اوایل دهه 1990 با تحقق اولین ساختارهای حالت جامد پدیدار شد. این سیستم‌های نانومقیاس زمانی رفتارهای «تک الکترونیکی» را نشان می‌دهند که انرژی الکترواستاتیکی برای افزودن یک الکترون به نقطه از انرژی حرارتی ذرات بیشتر شود. اثرات “محاصره کولن” زمانی آشکار می‌شود که رسانایی جریان الکترونیکی که از نقاط عبور می‌کند، به جای وابستگی خطی به ولتاژ شارژ، نمایه پلکانی را نشان می‌دهد.
در حالی که نقاط کوانتومی اولیه حاوی صدها تا هزار الکترون بودند، اصلاحات در فناوری نانو به زودی به نقاط کوچک‌تری دست یافت که فقط تعداد انگشت شماری حامل بار با انرژی مجزای کاملاً مشخص بسته به شکل و قطر نقطه را محدود می‌کرد. انرژی شارژ با کمک‌های جدیدی افزایش می‌یابد، که جدای از “سد کولن” دافعه، اثرات ظریفی مانند برهمکنش تبادلی بین الکترون‌ها با اسپین‌های موازی که به‌عنوان “اعداد جادویی اتمی” در طیف‌های جمع نمایش داده می‌شوند را نشان می‌دهد.
دستکاری اسپین‌های تک تک الکترون‌ها در این «اتم‌های مصنوعی» یا «مولکول‌های مصنوعی»، میدان جدیدی از «اسپین‌ترونیک» را باز کرد، که در آن برهمکنش تبادلی بین دو اسپین الکترون در نقاط جفت‌شده را می‌توان با دروازه‌ای الکتریکی مانند اثر میدانی به دست آورد. ترانزیستورها مدولاسیون درهم تنیدگی ذرات در مولکول های هیدروژن مصنوعی از جمله سیستم‌های اساسی برای تحقق دروازه‌های کوانتومی برای عملیات کیوبیت با فناوری نیمه‌هادی است.
بیشتر بخوانید: کتاب Essential Mathematics for Quantum Computing
کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots مجموعه‌ای از مقالاتی در مورد خواص الکترونیکی ترکیبات III-V و نقاط کوانتومی سیلیکونی است که در شرایط تجربی واقعی عمل می کنند. رویکردهای محاسباتی شامل تئوری تابعی چگالی است که توسط حل‌کننده‌های ارزش ویژه طراحی شده توسط نویسندگان، قطری‌سازی دقیق خودسازگار، یا تکنیک‌های k.p که برای به تصویر کشیدن پدیده‌های خاصی که در انواع خاصی از نقاط کوانتومی رخ می‌دهند، تطبیق داده شده است. این مدل‌های فیزیکی در چارچوبی جامع توصیف می‌شوند که ویژگی‌های مواد و همچنین محیط هندسی و محدود را در نظر می‌گیرد.
بخش اول کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots به «نقاط کوانتومی مسطح» اختصاص دارد که در آن شکل جانبی نقاط AlGaAs/GaAs به‌صورت الکترواستاتیکی ایجاد می‌شود در حالی که محصورت عمودی با فشردن الکترون‌ها بین یک رابط ناهمسان و یک میدان الکتریکی خارجی به دست می‌آید. تئوری تابعی چگالی همراه با معادله پواسون-شرودینگر خودسازگار، اثرات شارژ تک‌الکترونی، پر شدن پوسته در نقاط منفرد و همچنین مدولاسیون برهمکنش تبادلی در نقاط جفت شده جانبی را که در مدارهای کوانتومی یکپارچه شده‌اند، به تفصیل توصیف می‌کند. برای توصیف دقیق اختلاط حالت و درهم تنیدگی الکترون، قطری دقیق برای به دست آوردن طیف انرژی مولکول‌های مصنوعی استفاده می‌شود.
بخش دوم کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots به اثرات کوانتومی چند جسمی در «نقاط کوانتومی محدود عمودی» می‌پردازد که ستون‌های AlGaAs/GaAs هستند که الکترون‌ها را به‌طور عمودی بین دو واسط ناهمسان محدود می‌کنند. چنین ساختارهایی که توسط گروه توکیو دکتر S. Tarucha ترویج شده است، مزیت اتصال عمودی محکم بین نقاط دوتایی و حتی سه‌گانه را ارائه می‌دهد.
در بخش سوم کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots، نقاط کوانتومی InGaAs/GaAs خود مونتاژ شده به‌وسیله اپیتاکسی روی سطوح کرنش‌شده به‌دست می‌آیند و بارگیری تک‌الکترونی را با برهمکنش‌های اکستونیک نشان می‌دهند، در چارچوب تکنیک k.p سه‌بعدی مدل‌سازی می‌شوند. تأکید بر شکل خاص عدسی یا نقطه هرمی و همچنین تأثیر کرنش بین دو ماده است که بر طیف انرژی الکترون-حفره در نقاط کوانتومی منفرد و همچنین روی هم چیده شده تأثیر می‌گذارد.
بخش آخر کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots بر روی مدل‌های k.p خودسازگار برای توصیف شارژ تک‌الکترونی در نانوبلورهای سیلیکونی تعبیه‌شده در دی اکسید سیلیکون یک دستگاه اثر میدانی تمرکز دارد. تاکید بر شکل و اندازه، کرنش، و جهت کریستالوگرافی نقطه با توجه به کانال ترانزیستور، همراه با پیشنهادی برای یک حافظه “تک الکترونیکی” جدید است.
این مدل‌های فیزیکی طی دوره‌ای از اوایل دهه 1990 تا پایان دهه اول 2000 توسعه یافتند. آن‌ها چندین نسل از دانشجویان فارغ التحصیل، فوق دکترا و همکاران را درگیر کرده‌اند که نام آن‌ها به عنوان نویسندگان همکار من در مجموعه مقالات نمایش داده شده در کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots آمده است.
من عمیق‌ترین قدردانی خود را از امتیازی که با همکاری خود به من دادند را به آن‌ها اعلام می‌کنم. در این راستا، دانشجویان تحصیلات تکمیلی به دلیل تلاش مداوم و ارزشمندشان در به روز رسانی و بهبود کدهای محاسباتی که پایه و اساس این کار هستند، شایسته تقدیر ویژه هستند.
کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots نمی‌توانست روزی را بدون وقف آن‌ها به مأموریت تحقیقاتی خود ببیند. در نهایت، می‌خواهم تشکر ویژه‌ای از Nagendra Athreya، Bohao Wu، و Mingye Xiong برای کمک ارزشمندشان در تهیه این جلد داشته باشم.
- ژان پیر لبورتون
- اوربانا، ژوئن 2021
سرفصل‌های کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots:
- Cover
- Half Title
- Title Page
- Copyright Page
- Table of Contents
- Preface
- Part I: Electrostatic Quantum Dots: Planar Technology
- Chapter 1: Self-Consistent Analysis of Single Electron Charging Effects in Quantum Dot Nanostructures
- Chapter 2: Disorder-Induced Resonant Tunneling in Planar Quantum Dot Nanostructures
- Chapter 3: Three-Dimensional Self-Consistent Simulation of Interface and Dopant Disorders in Delta-Doped Grid-Gate Quantum Dot Devices
- Chapter 4: Shell-Filling Effects and Coulomb Degeneracy in Planar Quantum Dot Structures
- Chapter 5: Shell Filling of Artificial Atoms Within the Density Functional Theory
- Chapter 6: Electronic Properties and Spin Polarization in Coupled Quantum Dots
- Chapter 7: Capacitive Energy of Quantum Dots with Hydrogenic Impurity
- Chapter 8: Electron–Electron Interactions Between Orbital Pairs in Quantum Dots
- Chapter 9: 2D Limit of Exchange–Correlation Density Energy Functional Approximation
- Chapter 10: Single-Electron Charging and Detection in a Laterally Coupled Quantum Dot Circuit in the Few-Electron Regime
- Chapter 11: Engineering the Quantum Point Contact Response to Single-Electron Charging in a Few-Electron Quantum Dot Circuit
- Chapter 12: Electrostatic Cross-Talk Between Quantum Dot and Quantum Point Contact Charge Read-Out in Few-Electron Quantum Dot Circuits
- Chapter 13: Dimensionality Effects in the Two-Electron System in Circular and Elliptic Quantum Dots
- Chapter 14: Single-Particle State Mixing in Two-Electron Coupled Quantum Dots
- Chapter 15: Exchange Interaction and Stability Diagram of Coupled Quantum Dots in Magnetic Fields
- Chapter 16: Coulomb Localization and Exchange Modulation in Two-Electron Coupled Quantum Dots
- Chapter 17: Single-Particle State Mixing and Coulomb Localization in Two-Electron Realistic Coupled Quantum Dots
- Chapter 18: Von Neumann–Wigner Theorem in Quantum Dot Molecules
- Chapter 19: Non-monotonic Variation of the Exchange Energy in Double Elliptic Quantum Dots
- Part II: Electrostatic Quantum Dots: Vertical Technology
- Chapter 20: Modeling of the Electronic Properties of Vertical Quantum Dots by the Finite Element Method
- Chapter 21: Addition Energy Spectrum of a Quantum Dot Disk up to the Third Shell
- Chapter 22: Shell Charging and Spin Filling Sequences in Realistic Vertical Quantum Dots
- Chapter 23: Three-Dimensional Analysis of the Electronic Structure of Cylindrical Vertical Quantum Dots
- Chapter 24: Hybrid LSDA/Diffusion Quantum Monte Carlo Method for Spin Sequences in Vertical Quantum Dots
- Chapter 25: Self-Consistent Simulations of a Four Gated Vertical Quantum Dot
- Chapter 26: Three-Dimensional Self-Consistent Simulations of Symmetric and Asymmetric Laterally Coupled Vertical Quantum Dots
- Chapter 27: Spin Configurations in Circular and Rectangular Quantum Dot in a Magnetic Field: Three-Dimensional Self-Consistent Simulations
- Chapter 28: Spin Charging Sequences in Three Colinear Laterally Coupled Vertical Quantum Dots
- Chapter 29: Many-Body Excitations in the Tunneling Current Spectra of a Few-Electron Quantum Dot
- Chapter 30: Coupled Quantum Dots as Two-Level Systems: A Variational Monte Carlo Approach
- Chapter 31: Tunable Many-Body Effects in Triple Quantum Dots
- Part III: Self-Assembled Quantum Dots
- Chapter 32: Self-Consistent Calculation of the Electronic Structure and Electron–Electron Interaction in Self-Assembled InAs-GaAs Quantum Dot Structures
- Chapter 33: Electronic Coupling in InAs/GaAs Self-Assembled Stacked Double Quantum Dot Systems
- Chapter 34: Electronic Properties and Mid-Infrared Transitions in Self-Assembled Quantum Dots
- Chapter 35: Electronic Structure of Self-Assembled Quantum Dots: Comparison Between Density Functional Theory and Diffusion Quantum Monte Carlo
- Chapter 36: Electronic Properties of InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dots: Beyond the Effective Mass Approximation
- Chapter 37: Electron-Hole Alignment in InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dots: Effects of Chemical Composition and Dot Shape
- Chapter 38: Absence of Correlation Between Built-in Electric Dipole Moment and Quantum Stark Effect in Self-Assembled InAs/GaAs Quantum Dots
- Chapter 39: Interband Transition Distributions in the Optical Spectra of InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dots
- Chapter 40: Effects of Thin GaAs Insertion Layer on InAs/(InGaAs)/InP(001) Quantum Dots Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition
- Chapter 41: Enhanced Intraband Transitions with Strong Electric Field Asymmetry in Stacked InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dots
- Chapter 42: Enhanced Intraband Stark Effects in Stacked InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dots
- Chapter 43: Anomalous Quantum-Confined Stark Effects in Stacked InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dots
- Chapter 44: Spontaneous Localization in InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dot Molecules
- Chapter 45: Enhanced Piezoelectric Effects in Three-Dimensionally Coupled Self-Assembled Quantum Dot Structures
- Chapter 46: Anisotropic Enhancement of Piezoelectricity in the Optical Properties of Laterally Coupled InAs/GaAs Self-Assembled Quantum Dots
- Part IV: Silicon/Germanium Nanocrystals
- Chapter 47: Three-Dimensional Self-Consistent Simulation of Silicon Quantum Dot Floating-Gate Flash Memory Device
- Chapter 48: Stark Effect and Single-Electron Charging in Silicon Nanocrystal Quantum Dots
- Chapter 49: Strain Effect in Large Silicon Nanocrystal Quantum Dots
- Chapter 50: Geometry and Strain Effects on Single-Electron Charging in Silicon Nanocrystals
- Chapter 51: Three-Dimensional Self-Consistent Simulation of the Charging Time Response in Silicon Nanocrystal Flash Memories
- Chapter 52: Effects of Crystallographic Orientations on the Charging Time in Silicon Nanocrystal Flash Memories
- Chapter 53: Intraband Absorption and Stark Effect in Silicon Nanocrystals
- Chapter 54: Intraband Absorption in Silicon Nanocrystals: The Combined Effect of Shape and Crystal Orientation
- Chapter 55: Hole- Versus Electron-Based Operations in SiGe Nanocrystal Nonvolatile Memories
- Chapter 56: Light-Induced Programming of Si Nanocrystal Flash Memories
- Chapter 57: Interface Defect-Assisted Single Electron Charging (and Discharging) Dynamics in Ge Nanocrystals Memories
- Index
فایل کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots را می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.