Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các đặc trưng quang phổ và hấp thụ quang học của các dây lượng tử V-groove xếp chồng theo phương thẳng đứng
Tóm tắt
Các đặc trưng quang phổ và các hệ số hấp thụ quang học tuyến tính, phi tuyến và tổng của hai dây lượng tử V-groove $$\mathrm {GaAs/Ga}_{1-x}{\mathrm{Al}}_x{\mathrm{As}}$$ xếp chồng theo phương thẳng đứng đã được nghiên cứu lý thuyết. Phương pháp ma trận mật độ mật độ gọn và phương pháp phần tử hữu hạn đã được sử dụng làm khung giải pháp. Ảnh hưởng của độ rộng rào cản, góc giữa các thành bên, độ dày hình lưỡi liềm của cấu trúc và ảnh hưởng của trường điện tĩnh lên phổ năng lượng và các hệ số quang học đã được đề cập. Việc tăng độ dày hình lưỡi liềm (góc giữa các thành bên) dẫn đến sự giảm (tăng không đơn điệu) giá trị năng lượng, trong khi sự hiện diện của một trường điện tĩnh dẫn đến các mẫu giống như chùm sáng có thể điều khiển. Trong tất cả các trường hợp, các điểm chống giao thoa được báo cáo. Bằng cách tăng độ dày hình lưỡi liềm, góc giữa các thành bên, hoặc độ rộng rào cản, sự dịch xanh/đỏ không đơn điệu của các đỉnh cộng hưởng của hấp thụ quang học được quan sát thấy. Ngoài ra, các kết quả trong hệ thống dây lượng tử V-groove đối xứng/không đối xứng cho thấy hiện tượng đường hầm lượng tử có thể liên quan đến việc nâng cao tổng hợp hấp thụ quang học do khả năng sinh ra các mô men lưỡng cực nhờ khả năng di chuyển điện tử cao hơn. Do đó, các trường quang có hướng theo phương tăng trưởng làm tăng hấp thụ quang học. Hơn nữa, cực đại hệ số hấp thụ bị biến đổi mạnh mẽ khi thay đổi góc giữa các thành bên, và thậm chí xu hướng phát triển có thể bị đảo ngược do các điểm chống giao thoa trong phổ năng lượng. Vì các đỉnh cộng hưởng đạt được nằm dưới 20 meV trong phổ, hệ thống được phân tích có thể thú vị cho việc khám phá và thiết kế các thiết bị Terahertz mới.
Từ khóa
#hấp thụ quang học #dây lượng tử #ma trận mật độ #trường điện tĩnh #V-grooveTài liệu tham khảo
W.P. Kirk, M.A. Reed, Nanostructures and Mesoscopic Systems (Academic Press, San Diego, 1992). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409660-8.50004-3
R. Bhat, E. Kapon, S. Simhony, E. Colas, D.M. Hwang, N.G. Stoffel, M.A. Koza, Quantum wire lasers by omcvd growth on nonplanar substrates. J. Cryst. Growth 107(1), 716–723 (1991). https://doi.org/10.1016/0022-0248(91)90548-J
R. Khordad, Refractive index change and absorption coefficient of t shaped quantum wires: comparing with experimental results. Opt. Quant. Electron. 46, 283–293 (2014). https://doi.org/10.1007/s11082-013-9759-0
S. Ridene, Novel t-shaped gasb/inasn quantum wire for mid-infrared laser applications. Phys. Lett. A 381(38), 3324–3331 (2017). https://doi.org/10.1016/j.physleta.2017.08.026
P.L.J. Helgers, H. Sanada, Y. Kunihashi, A. Rubino, C.J.B. Ford, K. Biermann, P.V. Santos, Sidewall quantum wires on GaAs(001) substrates. Phys. Rev. Appl. 11, 064017 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.11.064017
S. Bonnefont, B. Messant, M. Boutillier, O. Gauthier-Lafaye, F. Lozes-Dupuy, A. Martinez, V. Sallet, K. Merghem, L. Ferlazzo, J.C. Harmand, A. Ramdane, J.G. Provost, B. Dagens, J. Landreau, O.L. Gouezigou, X. Marie, Optimization and characterization of ingaasn/gaas quantum-well ridge laser diodes for high frequency operation. Opt. Quant. Electron. 38, 313–324 (2006). https://doi.org/10.1007/s11082-006-0032-7
R. Khordad, B. Mirhosseini, Optical properties of gaas/ga 1-xalxas ridge quantum wire: third-harmonic generation. Opt. Commun. 285(6), 1233–1237 (2012). https://doi.org/10.1016/j.optcom.2011.11.070
T.G. Kim, Optical and continuous-wave characteristics of v-grooved quantum well wire lasers confined by a p–n junction array. Opt. Quant. Electron. 31, 1257–1266 (1999). https://doi.org/10.1023/A:1007082124789
E. Levy, I. Sternfeld, M. Eshkol, M. Karpovski, B. Dwir, A. Rudra, E. Kapon, Y. Oreg, A. Palevski, Experimental evidence for Luttinger liquid behavior in sufficiently long gaas v-groove quantum wires. Phys. Rev. B 85, 045315 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.045315
Y. Ducommun, E. Martinet, H. Weman, G. Biasiol, A. Gustafsson, E. Kapon, Structure and optical properties of v-groove quantum wire superlattices. Physica E 2(1), 954–958 (1998). https://doi.org/10.1016/S1386-9477(98)00195-7
R. Carron, D. Fekete, P. Gallo, B. Dwir, A. Rudra, M. Felici, B. Bartova, M. Cantoni, E. Kapon, Dilute nitride InGaAsN/GaAs V-groove quantum wires emitting at 1.3 \({\mu }\)m wavelength at room temperature. Appl. Phys. Lett. 99(10), 101107 (2011). https://doi.org/10.1063/1.3610950
M. Felici, G. Pettinari, R. Carron, G. Lavenuta, E. Tartaglini, A. Polimeni, D. Fekete, P. Gallo, B. Dwir, A. Rudra, P.C.M. Christianen, J.C. Maan, M. Capizzi, E. Kapon, Magneto-optical properties of single site-controlled InGaAsN quantum wires grown on prepatterned GaAs substrates. Phys. Rev. B 85, 155319 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.155319
M. Felici, A. Polimeni, E. Tartaglini, A. Notargiacomo, M. De Luca, R. Carron, D. Fekete, B. Dwir, A. Rudra, M. Capizzi, E. Kapon, Reduced temperature sensitivity of the polarization properties of hydrogenated InGaAsN V-groove quantum wires. Appl. Phys. Lett. 101(15), 151114 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4758685
D. Piester, P. Bonsch, T. Schrimpf, H.- Wehmann, A. Schlachetzki, Laser-action in v-groove-shaped InGaAs-InP single quantum wires. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6(3), 522–527 (2000)
L. Sirigu, L. Degiorgi, D.Y. Oberli, A. Rudra, E. Kapon, Lasing via ground-subband transitions in V-groove quantum wire lasers. Physica E 7(3), 513–516 (2000). https://doi.org/10.1016/S1386-9477(99)00368-9
K. Arimoto, G. Kawaguchi, K. Shimizu, M. Watanabe, J. Yamanaka, K. Nakagawa, N. Usami, K. Nakajima, K. Sawano, Y. Shiraki, Structural and transport properties of strained SiGe grown on V-groove patterned Si(110) substrates. J. Cryst. Growth 311(3), 814–818 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2008.09.062
C.-S. Son, T.G. Kim, X.-L. Wang, M. Ogura, Constant growth of V-groove AlGaAs/GaAs multilayers on submicron gratings for complex optical devices. J. Cryst. Growth 221(1), 201–207 (2000). https://doi.org/10.1016/S0022-0248(00)00686-2
R. Khordad, R. Bornaei, H.A. Mardani-Fard, Application of Tsallis formalism to study entropy and specific heat of V-groove quantum wires. Indian J. Phys. 89, 545–550 (2015). https://doi.org/10.1007/s12648-014-0623-2
A. Bouazra, S. Abdi-Ben Nasrallah, M. Said, Application of coordinate transformation and finite differences method for electron and hole states calculations. Physica E 65, 93–99 (2015). https://doi.org/10.1016/j.physe.2014.08.011
E. Pelucchi, S.T. Moroni, V. Dimastrodonato, D.D. Vvedensky, Self-ordered nanostructures on patterned substrates. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 29, 952–967 (2018). https://doi.org/10.1007/s10854-017-7993-0
S. Huang, Z. Chen, L. Bai, F. Wang, X. Shen, Optical and electronic properties of single modulation doped GaAs/AlGaAs V-grooved quantum wire modified by ion implantation. Sci. China Ser. G 48, 361–370 (2005). https://doi.org/10.1360/04yw0199
Y. Fu, M. Willander, X.-Q. Liu, W. Lu, S.C. Shen, H.H. Tan, C. Jagadish, J. Zou, D.J.H. Cockayne, Optical transition in infrared photodetector based on V-groove Al0.5Ga0.5As/GaAs multiple quantum wire. J. Appl. Phys. 89(4), 2351–2356 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1339857
A. Kaluza, A. Schwarz, D. Gauer, H. Hardtdegen, N. Nastase, H. Lüth, T. Schäpers, D. Meertens, A. Maciel, J. Ryan, E. O’Sullivan, On the choice of precursors for the MOVPE-growth of high-quality \(\text{Al}_{0.30}\text{ Ga}_{0.70}\text{ As/GaAs }\) v-groove quantum wires with large subband spacing. J. Cryst. Growth 221(1), 91–97 (2000). https://doi.org/10.1016/S0022-0248(00)00655-2.
K. Leifer, P.A. Buffat, J. Cagnon, E. Kapon, A. Rudra, P.A. Stadelmann, Quantitative imaging of InGaAs/GaAs layers using transmission electron microscopy methods: characterization of stresses and chemical composition. J. Cryst. Growth 237-239, 1471–1475 (2002). https://doi.org/10.1016/S0022-0248(01)02297-7. The thirteenth international conference on Crystal Growth in conj unction with the eleventh international conference on Vapor Growth and Epitaxy
S.J. Lloyd, K.M.Y. P’Ng, W.J. Clegg, A.J. Bushby, D.J. Dunstan, Effect of coherency strain on the deformation of in x ga1-x as superlattices under nanoindentation and bending. Phil. Mag. 85(22), 2469–2490 (2005). https://doi.org/10.1080/14786430500070909
A. Tsukernik, A. Palevski, V.J. Goldman, S. Luryi, E. Kapon, A. Rudra, Quantum magnetotransport in periodic V-grooved heterojunctions. Phys. Rev. B 63, 153315 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.153315
W. Lu, X.Q. Liu, Z.F. Li, S.C. Shen, Q.X. Zhao, Y. Fu, M. Willander, H.H. Tan, C. Jagadish, J. Zou, D.J.H. Cockayne, Carrier transfer between V-grooved quantum wire and vertical quantum well. Phys. Lett. A 280(1), 77–80 (2001). https://doi.org/10.1016/S0375-9601(01)00022-6
G. Creci, G. Weber, Electron and hole states in V-groove quantum wires: an effective potential calculation. Semicond. Sci. Technol. 14(8), 690–694 (1999). https://doi.org/10.1088/0268-1242/14/8/304
E. Sadeghi, R. Khordad, Analytical solution for v-groove quantum wire with an effective potential scheme. Phys. Status Solidi (b) 242(8), 1628–1635 (2005). https://doi.org/10.1002/pssb.200540051
G. Weber, A.M. de Paula, Shallow impurities in V-groove quantum wires. Phys. Rev. B 63, 113307 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.113307
E. Sadeghi, R. Khordad, Hydrogenic impurity in ridge quantum wire. Braz. J. Phys. 36, 1213–1216 (2006). https://doi.org/10.1590/S0103-97332006000700017
V. Barsan, Algebraic approximations for transcendental equations with applications in nanophysics. Philos. Mag. 95(27), 3023–3038 (2015). https://doi.org/10.1080/14786435.2015.1081425
A.K. Panda, S.K. Palo, N. Sahoo, T. Sahu, Electric field induced non-linear multisubband electron mobility in v-shaped asymmetric double quantum well structure. Philos. Mag. 100(4), 512–527 (2020). https://doi.org/10.1080/14786435.2019.1695069
E. Giraldo-Tobón, W. Ospina, G.L. Miranda, M.R. Fulla, Energy spectrum analysis of a realistic single-electron ga1-xalxas/gaas/ga1-xalxas quantum v-groove in external electric field. Physica E 114, 113652 (2019). https://doi.org/10.1016/j.physe.2019.113652
E. Giraldo-Tobón, G.L. Miranda, M.R. Fulla, Non-linear optical generation in ga1-yalyas/gaas/ga1-xalxas quantum v-grooves: the effects of temperature and hydrostatic pressure. Photonics Nanostruct. Fundam. Appl. 45, 100919 (2021). https://doi.org/10.1016/j.photonics.2021.100919
G. Weber, A.M. de Paula, Shallow impurities in multiple V-groove quantum wires. J. Phys.: Condens. Matter 14(3), 471–482 (2002). https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/3/315
J. Li, N. Wu, Biosensors Based on Nanomaterials and Nanodevices, 1st edn. (CRC Press, Boca Raton, 2014). https://doi.org/10.1201/b16234
A.G. Cullis, J.L. Hutchison, Microscopy of Semiconducting Materials 2001: Proceedings of the Royal Microscopical Society Conference. Oxford University, 25–29 March 2001. CRC Press, Boca Raton (2001). https://doi.org/10.1201/9781351074629
V. Višňovský, Optics in Magnetic Multilayers and Nanostructures, 1st edn. (CRC Press, Boca Raton, 2006). https://doi.org/10.1201/9781420019193
E. Reyes-Gómez, N. Raigoza, L.E. Oliveira, Effects of hydrostatic pressure and aluminum concentration on the conduction-electron \(g\) factor in GaAs-(Ga, Al)As quantum wells under in-plane magnetic fields. Phys. Rev. B 77, 115–308 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.115308
L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Quantum Mechanics: Non-relativistic Theory, 3rd edn. (Pergamon Press Ltd., Oxford, 1977)
C. Johnson, Numerical Solution of Partial Differential Equations by the Finite Element Method, 1st edn. (Cambridge University Press, Cambridge, New York, 1987)
L.R. Ram-Mohan, Finite Element and Boundary Element Applications in Quantum Mechanics, 1st edn. (Oxford University Press, Oxford, New York, 2002)
F. Hecht, New development in freefem++. J. Numer. Math. 20, 251–266 (2012). https://doi.org/10.1515/jnum-2012-0013
S. Antil, M. Kumar, S. Lahon, A.S. Maan, Pressure dependent optical properties of quantum dot with spin orbit interaction and magnetic field. Optik 176, 278–286 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.09.010
M. Baira, B. Salem, N.A. Madhar, B. Ilahi, Linear and nonlinear intersubband optical properties of direct band gap GeSn quantum dots. Nanomaterials 9, 124 (2019). https://doi.org/10.3390/nano9010124
A.E. Kavruk, M. Sahin, Ülfet Atav, A detailed investigation of electronic and intersubband optical properties of \(\text{ Al}_{\text{ x }}\text{ Ga}_{1-x}\text{ As/Al}_{0.3}\text{ Ga}_{0.7}\text{ As/Al}_{\text{ y }}\text{ Ga}_{1-y}\text{ As/Al}_{0.3}\text{ Ga}_{0.7}\text{ As }\) multi-shell quantum dots. J. Phys. D Appl. Phys. 47(29), 295302 (2014). https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/29/295302
R.W. Boyd, D. Prato, Nonlinear Optics (Elsevier Science, Burlington, 2008)
D. Ahn, S.-L. Chuang, Calculation of linear and nonlinear intersubband optical absorptions in a quantum well model with an applied electric field. IEEE J. Quantum Electron. 23(12), 2196–2204 (1987)
S. Baskoutas, E. Paspalakis, A.F. Terzis, Effects of excitons in nonlinear optical rectification in semiparabolic quantum dots. Phys. Rev. B 74, 153306 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.153306
P. Harrison, A. Valavanis, Quantum Wells, Wires and Dots: Theoretical and Computational Physics of Semiconductor Nanostructures (Wiley, West Sussex, 2016)
M. Califano, P. Harrison, Approximate methods for the solution of quantum wires and dots: Connection rules between pyramidal, cuboidal, and cubic dots. J. Appl. Phys. 86(9), 5054–5059 (1999). https://doi.org/10.1063/1.371478
F.T. Vasko, A.V. Kuznetsov, Electronic States and Optical Transitions in Semiconductor Heterostructures. Graduate Texts in Contemporary Physics (Springer, Berlin, 1998)
B. Wong, T. Hsieh, Optoelectronic and excitonic properties of oligoacenes: substantial improvements from range-separated time-dependent density functional theory. J. Chem. Theory Comput. 6, 3704–3712 (2010). https://doi.org/10.1021/ct100529s
D. Campi, C. Alibert, Optical blue shift in a double quantum well structure under an electric field. Appl. Phys. Lett. 55(5), 454–456 (1989). https://doi.org/10.1063/1.101850