LÝ THUYẾT EXCITON VÀ BIEXCITON LOẠI HAI TRONG HỆ HAI CHẤM LƯỢNG TỬ VÀ LỚP KÉP GRAPHENE
Vật lý lý thuyết và Vật lý toán (Mã số chuyên ngành: 62 44 01 03)
Luận án "Lý thuyết Exciton và Biexciton Loại Hai trong Hệ Hai Chấm Lượng Tử và Lớp Kép Graphene" của Võ Thị Hoa được hoàn thành tại Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào năm 2014. Đề tài này xuất phát từ những hạn chế của máy tính điện tử truyền thống và tiềm năng cách mạng của máy tính lượng tử, đặc biệt là mô hình máy tính lượng tử quang sử dụng exciton và biexciton trong chấm lượng tử hoặc lớp graphene.
Mục đích chính của luận án là nghiên cứu năng lượng và các thông số vật lý khác của exciton loại 2 và biexciton loại 2 trong hệ hai chấm lượng tử và lớp kép graphene. Từ đó, xem xét các quá trình vật lý liên quan và khả năng ứng dụng của các mô hình này trong việc chế tạo máy tính lượng tử quang, linh kiện quang - điện tử nanô và các thiết bị dựa trên cấu trúc graphene. Để đạt được mục tiêu này, luận án đã thực hiện tổng quan về hệ thấp chiều, cấu trúc nanô, exciton và biexciton, đồng thời nghiên cứu năng lượng của exciton loại 2 và biexciton loại 2, so sánh kết quả với các nghiên cứu khác và đánh giá khả năng ứng dụng.
Về phương pháp, luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý luận thông qua việc tìm hiểu, phân tích và tổng hợp tài liệu chuyên ngành trong và ngoài nước. Các bài toán được giải quyết bằng phương pháp biến thiên hằng số, nhiễu loạn và các phương pháp vật lý lý thuyết hiện đại, kết hợp với tính toán số minh họa sử dụng phần mềm Mathematica.
Kết quả nghiên cứu bao gồm: 1. Đối với mô hình biexciton trong bán dẫn khối, luận án đã xây dựng mô hình tương tự phân tử H2 với thế tương tác Morse và thu được biểu thức tường minh năng lượng liên kết biexciton là hàm của tỉ số khối lượng σ, cho kết quả gần với các tác giả Heitler-London, Brinkman và thực nghiệm. 2. Trong mô hình exciton loại 2 trong hai chấm lượng tử, luận án đã xác định biểu thức năng lượng liên kết phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai chấm và hằng số điện môi, cho thấy sự phụ thuộc tỉ lệ nghịch. 3. Đối với biexciton loại 2 trong hai chấm lượng tử có kích thước khác nhau, luận án tìm thấy sự phụ thuộc của tương tác Förster theo quy luật hàm mũ, cho thấy năng lượng liên kết tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai chấm và có thể áp dụng cho các chấm nhỏ. 4. Trong mô hình exciton loại 2 trên lớp kép graphene, nghiên cứu chỉ ra rằng độ rộng vùng cấm và năng lượng liên kết của exciton xiên tăng khi tăng điện áp ngoài. 5. Mô hình biexciton loại 2 trong hệ lớp kép graphene với thế Morse cho thấy năng lượng phụ thuộc tỉ lệ thuận vào khoảng cách giữa các lớp và cường độ từ trường, cho phép điều khiển các đặc tính quang của graphene.
Những đóng góp này mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về exciton và biexciton loại 2 trong các hệ thấp chiều khác, ảnh hưởng của điện trường/từ trường ngoài và ứng dụng trong công nghệ lượng tử.