Ii. Определение зависимости двумерной комбинированной плотности состояний от внешних факторов (температуры и магнитного поля) в квантово – размерных гетероструктурах

2.3-§. Полученные результаты по новой приведённой модели и его обсуждения

Теперь для конкретных прямозонных гетероструктуров на основе квантовых ям рассмотрим температурную зависимость двумерной комбинированной плотности состояний в квантующем магнитном поле. В работе [ФТП, 2022, том 56, вып. 7, С.672-676], исследовались высококачественная гетероструктура с квантовой ямой GaAs/AlGaAs шириной 14 нм с небольшой концентрацией алюминия (3%) в барьерных слоях. Гетероструктура с квантовой ямой GaAs/AlGaAs исследовалась при температуре 4 K. При отсутствии магнитного поля, ширина запрещенной зоны квантовая яма GaAs равняется на 1,464 эВ (Рис.2.2.). На рис.2.2 приведены зависимость двумерной комбинированной плотности состояний от поглощащей энергии фотона для квантовой ямы GaAs d=14 nm (n_z=1) при температуре Т=4 К и при квантующем магнитном поле B=9 Тл. Этот график создан по численному расчету на основе формулы (2.9). На рис.2.2 число дискретных уровней Ландау носителей зарядов равно четырнадцать. Эти пики (дискретные уровней Ландау носителей зарядов ( =14)) наблюдается в разрешённой зоне квантовой ямы GaAs. В нём показана двумерная комбинированная плотность состояний в квантующем магнитном поле при Т=4К, kT=4^.10^-4 эВ, В этом случае, термическое размытие уровней Ландау носителей зарядов очень слабое и двумерная комбинированная плотность состояний не чувствует отклонение от идеальной формы. На этом графике валентная зона и зона проводимости выбраны как симметричные энергетические спектры. Тогда, от первого дискретного уровня Ландау дырок (N_L(V)=0) до N_L(V)=6 располагаются выше из начала потолка валентной зоны квантовой ямы. А также другие дискретные уровни Ландау электронов располагаются выше дна зоны проводимости квантовой ямы.

Рис.2.2. Зависимость двумерной комбинированной плотности состояний от поглощащей энергии фотона в прямозонных гетероструктурах с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs (d=14 nm) при температуре Т=4 К и при квантующем магнитном поле B=9 Тл.
На рис.2.3 показаны влияния температуры на зависимость двумерной комбинированной плотности состояний от поглощащего энергии фотона в прямозонных гетероструктурах с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs (d=14 nm) при воздействии квантующего магнитного поля. Здесь, количество индукции квантующего магнитного поля равно 9Тл и графики созданы для температур 4 K, 20 K, 40 K, 60K, 77 K. Видно из рисунка 3.3, что с ростом температуры резкие пики уровней Ландау начинают сглаживаться, а при достаточно высоких температурах дискретные энергетические плотности состояний превращаются в сплошные энергетические спектры. Эти результаты получены для постоянной толщины квантовой ямы и магнитного поля. С увеличением температуры резкие пики уровней Ландау носителей зарядов начинают сглаживаться (рис.2.3) и при двумерной комбинированной плотности состояний квантовой ямы постепенно исчезают. А также, при достаточно высоких температурах превратиться в сплошную комбинированную плотность состояний квантовой ямы и не будет чувствоваться влияние квантующего магнитного поля. Кроме того, с увеличением температуры резкие пики уровней Ландау носителей зарядов, обусловленные квантованием уровней энергии электронов и дырок в разрешенной квантовой яме, постепенно сглаживаются. Это приводит к тому, что при температуре Т=40К, kT=3,510^-3 эВ, дискретные уровней Ландау носителей зарядов квантовой ямы становятся не заметными. При температуре 77 К дискретные уровней Ландау в разрешенной зоне квантовой ямы GaAs/AlGaAs практически не заметены и совпадают с двумерной комбинированной плотностью состояний в отсутствие магнитного поля. Отсюда, двумерная комбинированная плотность состояний в зоне проводимости и в валентной зоне квантовой ямы наблюдаются при температурах . Начиная с температур порядка двумерной комбинированной плотности состояний, обусловленные квантованием Ландау в разрешенной зоне квантовой ямы, не наблюдаются.



Рис.2.3. Влияния температуры на зависимость двумерной комбинированной плотности состояний от поглощащей энергии фотона в прямозонных гетероструктурах с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs (d=14 nm) при воздействии квантующего магнитного поля B=9 Тл.
В этом случае измерения дают сплошной спектр двумерной комбинированной плотности состояний. Изменение циклотронного частоты магнитного поля меняет энергетическое расстояние между дискретными уровней Ландау носителей зарядов в квантовой яме (Рис 2.4). На рис. 2.4 приведены графики двумерной комбинированной плотности состояний в прямозонных гетероструктурах с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs (d=14 nm) при различных магнитных полях B=9 Tл и 12 Tл. Как видно из этих рисунков, с ростом индукции квантующего магнитного поля получим изменение дискретные пики уровней Ландау носителей зарядов.