Proprietățile electronice și fononice ale nanostructurilor formate din puncte cuantice [Teză]

Abstract

Scopul și obiectivele: cercetarea influenței parametrilor materiali și geometrici ai suprarețelelor unidimensionale din puncte cuantice (1D-SRPC) Si/SiO2 și Si/SiC asupra proprietăților electronice, de gol și excitonice; dezvoltarea modelului „face-centred cubic cell” al oscilațiilor rețelei cristaline pentru studierea proprietăților fononice și termoconductibile ale 1D- SRPC Si/Ge și Si/SiO2, cât și a nanotuburilor multistrat (NTM) Si/SiO2. Noutatea științifică și originalitatea: Se arată, că descrierea cantitativă a stărilor excitonice în SRPC cercetate necesită utilizarea Hamiltonianului multizonal al golurilor, care permite de a ține cont de amestecarea golurilor grele, ușoare și de tip „split-off”; s-a stabilit faptul, că conductibilitatea termică a 1D-SRPC și NTM cercetate este semnificativ mai joasă decât a nanofirelor corespunzătoare datorită efectului de captare a modelor fononice și împrăștierea fononilor pe suprafețele interioare ale structurilor.

Goals and objectives: the study of material and geometrical parameters’ influence on electronic, holes’, and excitonic properties in one-dimensional quantum dot superlattice (1D-QDSL) Si/SiO2 and Si/SiC; development of face-centred cubic cell (FCC) lattice dynamic model for studying phonon and thermal properties in Si/Ge and Si/SiO2 1D-QDSL, as well as in Si/SiO2 multishell nanotube (MNT) Scientific novelty and originality: it was demonstrated, that three-band Hamiltonian for holes, which takes into account the mixing of the heavy, light, and split-off holes’ states, is required for more accurate quantitative description of exciton states in 1D-QDSL; it was theoretically shown that thermal conductivity of the Si-based 1D-QDSL and Si/SiO2 MNT is significantly lower than that in corresponding silicon nanowires due to the trapping of phonon modes in nanostructure’s segments and phonon scattering at interfaces of the QDSL. Solved scientific problem: it has been carried out a detailed theoretical study of the exciton, phonon and thermal properties in the Si/Ge, Si/SiC and Si/SiO2 QDSLs as well as of phonon and thermal properties in the Si/SiO2 MNTs

Цели и задачи: исследование влияния материальных и геометрических параметров одномерных квантовоточечных сверхрешеток (1D-КTСР) Si/SiO2 и Si/SiC на электронные, дырочные и экситонные свойства; развитие «face-centred cubic cell» модели колебаний кристаллической решетки для изучения фононных и теплопроводящих свойств одномерных квантовоточечных сверхрешеток Si/Ge и Si/SiO2, а также многослойных нанотрубок (МНТ) Si/SiO2. Научная новизна и оригинальность: показано, что для количественного описания экситонных состояний в рассматриваемых 1D-КTСР необходимо использовать многозонный дырочный гамильтониан, который позволяет учесть перемешивание тяжелых, легких и «split-off» дырок; установлено, что теплопроводность 1D-КTСР и МНТ значительно ниже теплопроводности соответствующих нанонитей благодаря эффекту захвата фононных мод в сегментах этих наноструктур и рассеянию фононов на внутренних интерфейсах Решенная научная задача: проведено подробное теоретическое изучение экситонных, фононных и теплопроводящих свойств 1D-КTСР Si/Ge и Si/SiO2, а также теплового транспорта в МНТ Si/SiO2