Calculation of the spectrum of a gallium arsenide semiconductor with a triangular potential function by the power series method

封面

如何引用文章

全文:

详细

The paper investigates the quantum characteristics of the widely used semiconductor gallium arsenide in the modern promising field of microelectronics. For the energy levels in a triangular potential well, analytical expressions are obtained using the zeros of the Airy function. In addition, the corresponding Schrödinger equation with this potential function is solved by the power series method and both the energy spectrum of the lower levels and the corresponding wave functions are calculated. Satisfactory agreement between the values of the energy levels obtained in both approaches is found, but the prospects of calculating the quantum characteristics directly using the Schrödinger equation are noted. The solution of the Schrödinger equation is sought as a linear combination of two linearly independent solutions in the form of power series. The coefficients of this linear combination depend on the total energy as a parameter. Taking into account the boundary conditions on the boundary of the integration segment leads to a linear algebraic system of equations. Nontrivial solutions of this system determine both the energy spectrum and the corresponding wave functions. Due to the sharp dependence of the energy levels on the type of wave functions, a careful choice of boundary points is necessary, as well as the number of terms in the series of wave functions. Optimal values of the specified fitting parameters allow us to obtain the values of the energy levels with the desired high accuracy.

作者简介

Irina Belyaeva

Belgorod national research university

Email: ibelyaeva@bsu.edu.ru
Ph. D., Docent, Department of Computer Science, Natural Sciences and Teaching Methods

Nikolay Korsunov

Belgorod national research university

Dr. Sc., Professor, Department of Mathematical and Software Information Systems

Nikolay Chekanov

Belgorod national research university

Dr. Sc., Professor, Department of Applied Mathematics and Computer Modeling

Aleksandr Chekanov

Belgorod law institute of MIA of the Russian Federation named after I.D. Putilin

Senior Lecturer, Department of Security at Transport Facilities

参考

  1. Lesovik, G. Electronic transport in meso- and nano-scale conductors / G. Lesovik. - Zurich: ETH Zurich, 2008. - 156 p.
  2. Supriyo, D. Quantum transport: atom to transistor / D. Supriyo; 2nd ed. - Cambridge: Cambridge University Press, 2005. - 420 p. doi: 10.1017/CBO9781139164313.
  3. Harrison, P. Quantum wells, wires and dots: theoretical and computational physics of semiconductor nanostructures / P. Harrison; 2nd ed. - Chichester: John Willey & Sons, LTD, 2005. - 502 p. doi: 10.1002/0470010827.
  4. Демиховский, В.Я. Физика квантовых низкоразмерных структур / В.Я. Демиховский, Г.А. Вугальтер. - М.: Логос, 2000. - 248 с.
  5. Шик, А.Я. Физика низкоразмерных систем / А.Я. Шик, Л Г. Бакуева, С.Ф. Мусихин, С.А. Рыков; под ред. А.Я Шика. - СПб.: Наука, 2001. - 160 с.
  6. Хлудков, С.С. Полупроводниковые приборы на основе арсенида галлия с глубокими примесными центрами / С.С. Хлудков, О.П. Толбанов, М.Д. Вилисова, И.А. Прудаев; под. ред. О.П. Толбанова. - Томск: Издательский Дом Томского госуниверситета, 2016. - 258 с.
  7. Тавгер, Б.А. Квантовые размерные эффекты в полупроводниковых и полуметаллических пленках / Б.А. Тавгер, В.Я. Демиховский // Успехи физических наук. - 1968. - Т. 96. - Вып. 9. - С. 61-86. doi: 10.3367/UFNr.0096.196809d.0061.
  8. Демиховский, В.Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? / В.Я. Демиховский // Соросовский образовательный журнал. - 1997. - № 5. - С. 80-86.
  9. Ландау, Л.Д. Курс теоретической физики. В 10 т. Т. III. Квантовая механика (нерелятивистская теория) / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц; 6-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 800 с.
  10. Степанов, В.В. Курс дифференциальных уравнений / В. В. Степанов. - М.: ГИТТЛ, 1953. - 468 с.
  11. Беляева, И.Н. Построение общего решения дифференциальных уравнений фуксовского типа в виде степенных рядов / И.Н. Беляева, Ю.А. Уколов, Н.А. Чеканов. Зарегистрировано в Отраслевом фонде алгоритмов и программ. - М.: ВНТИЦ, 2005. - № 50200500089.
  12. Airy, G.B. On the intensity of light in the neighbourhood of a caustic / G.B. Airy // Transactions of the Cambridge Philosophical Society. - 1838. - V. 6. - P. 379-402.
  13. Яковлева, Г.Д. Таблицы функций Эйри и их производных / Г.Д. Яковлева. - М.: Наука, 1969. - 377 с.
  14. Чеканов, Н.А. Символьно-численные методы решения дифференциальных уравнений классической и квантовой механики / Н.А. Чеканов, И.Н. Беляева, И.К. Кириченко, Н.Н. Чеканова. - Харькiв: "ИСМА", 2019 - 420 с.
  15. Штокман, Х.-Ю. Квантовый хаос: введение / Х.-Ю. Штокман; пер. с англ. А.И. Малышева. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 376с.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».