NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG XUYÊN HẦM KLEIN BẰNG HỆ ỐNG DẪN SÓNG NHỊ NGUYÊN
Vật lý lý thuyết và vật lý toán
Luận án tập trung nghiên cứu hiệu ứng xuyên hầm Klein (Klein Tunneling effect - KT) và hiệu ứng xuyên hầm Klein nghịch (Inverse Klein Tunneling effect - IKT) bằng cách mô phỏng chúng trong hệ ống dẫn sóng nhị nguyên (Binary Waveguide Arrays - BWA). Bắt đầu bằng việc giới thiệu tổng quan về các hệ ống dẫn sóng và khả năng mô phỏng các hiệu ứng lượng tử, luận án đi sâu vào cơ sở lý thuyết của KT, một hiện tượng lượng tử tương đối tính được dự đoán bởi Oskar Klein, nơi các hạt fermion có thể xuyên hầm qua rào thế năng mà không giảm biên độ hàm sóng theo quy luật hàm mũ thông thường. Hiện tượng này khó quan sát thực nghiệm do yêu cầu trường thế rất cao và độ dốc thế năng lớn.
Nghiên cứu mô phỏng hiệu ứng xuyên hầm Klein thuận qua bậc thế năng trong BWA đã được thực hiện trước đây. Luận án này mở rộng nghiên cứu bằng cách khảo sát IKT, trong đó electron xuyên hầm qua bậc thế nghịch đảo, di chuyển từ vùng thế năng cao sang vùng thế năng thấp. Các tác giả đã xây dựng công thức giải tích hệ số truyền qua cho cả mô hình rời rạc và liên tục, đồng thời mô phỏng quá trình truyền của Dirac soliton (DS) trong BWA. Ảnh hưởng của độ cao bậc thế nghịch và số sóng tới của DS đến IKT cũng được phân tích chi tiết. Tiếp theo, luận án nghiên cứu một cách có hệ thống hiệu ứng xuyên hầm Klein qua rào thế hình chữ nhật, tính toán giải tích hệ số truyền qua và mô phỏng sự lan truyền của DS trong BWA qua cấu trúc này. Các kết quả lý thuyết và mô phỏng được so sánh, cho thấy sự phù hợp cao khi các chùm tia truyền gần điểm Dirac. Luận án cũng khảo sát ảnh hưởng của tính phi tuyến và độ rộng chùm tia đến hiệu ứng xuyên hầm Klein. Kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng của DS trong BWA như một công cụ hữu ích để nghiên cứu các hiệu ứng quang học tương tự các hiện tượng lượng tử tương đối tính.