پایان نامه محاسبه خواص الکترون کوانتومی

نقطه های کوانتومی با پتانسیل دیواره ی یکنواخت، به دلیل یکنواختی پتانسیل به حالت های واقعی نزدیک تر هستند. همچنین می توان با مقایسه ی این حالت با حالت های غیر یکنواخت اثر یکنواختی دیواره بر خواص الکترونی مختلف را مورد بررسی قرار داد.در این پایان نامه ابتدا خواص الکترونی بررسی شده است. ویژه مقدارها و ویژه تابع ها را به کمک روش های عددی محاسبه نمودیم. نتایج بیانگر این امر است که با کاهش اندازه ی نقطه ی کوانتومی ویژه مقدارهای انرژی، در اثر حضور پتانسیل دیواره، افزایش می یابند و فاصله ی ترازهای مختلف از یکدیگر بیشتر می شود. از طرفی فاصله ی محل قرار گرفتن قله ی تابع موج نسبت به مبدأ به شعاع و پتانسیل نقطه ی کوانتومی وابسته است.از سوی دیگر تغییرات ضریب جذب و شکست خطی و مرتبه ی سوم غیرخطی ناشی از گذارهای درون نواری را به کمک فرمولبندی ماتریس چگالی محاسبه کرده ایم. نتایج بیانگر این نکته می باشند که این تغییرات به شدت به اندازه و پتانسیل نقطه ی کوانتومی وابسته می باشند. همچنین مشاهده کردیم که با افزایش شدت پرتو فرودی تغییرات ضریب شکست و ضریب جذب به شدت کاهش می یابند.پایان نامه محاسبه ی خواص الکترونی و  نوری خطی و غیرخطی نقاط کوانتومی با پتانسیل دیواره ی یکنواخت کسری در قالب ورد میباشد.

مقدمه:

  در سال های اخیر با پیشرفت علم و فناوری، امکان تولید ساختارهای نیم رسانا با ابعاد بسیار کوچک فراهم شده است که به دلیل نزدیک بودن به ابعاد کوانتومی، سیستم های کوانتومی موضوع تحقیقات بسیاری شده است. سیستم های کوانتومی(چاه­های کوانتومی ، سیم های کوانتومی و نقاط کوانتومی ) به طور وسیع در صنایع اپتیکی و الکترونیکی، پزشکی، زیست فناوری، صنایع نظامی و غیره کاربرد دارد. اگر حداقل یکی از ابعاد کریستال نیمه رسانا در حد شعاع بوهر مؤثر آن نیم رسانا کوچک باشد، دیگر قواعد ماده­ی کپه ای بر آن حاکم نخواهد بود که در نتیجه خواص فیزیکی جدید و جالب توجهی را از خود نشان می دهند. در این حالت، انرژی های مجاز این سیستم دیگر پیوسته نخواهد بود. این مسئله تأثیر زیادی روی شرایط جذب یا تابش نور در نیمه رسانا دارد و این مشخصه­ی سیستم های کوانتومی است.  از آنجا که ترازهای انرژی در این ساختارها دیگر پیوسته نیستند، کاستن یا افزودن تعدادی اتم به آنها باعث تغییر در لبه ی گاف انرژی می شود. تغییر نحوه  ی چیده شدن اتم ها در سطح آن ها هم باعث تغییر انرژی گاف  می شود که باز هم به دلیل اندازه ی بسیار کوچک این ساختارهاست. نکته ی جالب توجه این است که کوانتیدگی نوارهای انرژی به شدت به نوع ماده ی تشکیل دهنده، اندازه، شکل و سایر ویژگی ها بستگی دارد. که این پارامترها را  می توان بسته به نیاز تنظیم کرد. وابستگی ساختار نواری به اندازه و جنس و وابستگی خواص فیزیکی مختلف این دستگاه ها به ساختار نواری سبب شده است که اطلاع از ساختار انرژی این گونه دستگاه ها از اهمیت اساسی برخوردار باشد. همچنین به دلیل محدود شدگی حامل های بار در سیستم های کوانتومی و گسستگی ترازهای انرژی، این ساختارها خواص نوری غیرخطی شدیدی را از خود بروز می دهند که به طور گسترده در فناوری های نوین کاربرد دارد. در این فصل ابتدا به توصیف کلی از این ساختارهای کوانتومی می پردازیم و سپس انگیزه و هدف این پایان نامه را بیان می کنیم.

پایان نامه کوانتوم را در فیلم زیر مشاهده نمایید:

ابر شبکه و چاه کوانتومی:

مواد نانوساختار به لحاظ اهمیت اساسی و پتانسیل های کابردیشان در حوزه های مختلف، در سال های اخیر به طور فزاینده ای مورد توجه قرار گرفته اند. درحوزه ی تجهیزات الکترونیکی و نوری، کوچک سازی و مینیاتوری کردن قطعات و افزایش چگالی ظرفیتی آن ها، طیف گسترده ای از تحقیقات نانو فناوری را به خود اختصاص داده است. تکنیک های متعددی جهت ساخت نانو ساختارها توسعه یافته اند که از این میان می توان به لیتوگرافی، برهم نشانی بخار شیمیایی آلی- فلزی ، برآرایی پرتو- مولکولی، برآرایی فاز مایع و غیره اشاره نمود. با استفاده از اتصالات ناهمجنس و یا اتصالات همجنس می توان ساختارهایی با ابعاد نانو از جامدهای نیمه رسانا ساخت. این فرآیند براساس پیشنهاد موضوع « مهندسی ساختار نواری» توسط شاکلی و نیز مطالعات نظری کرومر در سال ۱۹۵۷ بیان شد. جهش واقعی در زمینه ی مهندسی ساختار نواری با پیشرفت روش برآرایی مولکولی]۳[ و نیز تلاش برای ساخت میکرو ساختارهای نیمه رسانای مصنوعی مانند ابر شبکه ها و چاه های کوانتومی رخ داد. ابر شبکه ها از اعمال یک تناوب فضایی بر یک ساختار مانند بلور ایجاد می شوند.  در سال ۱۹۶۲ برای اولین بار اثر بر هم نهی یک تناوب فضایی را بر طیف الکترونی بلور بررسی کرد. او پیشنهاد کرد که تناوب فضایی را می توان با انتشار امواج مافوق صوت در ماده ایجاد کرد، ولی ایساکی و تسودرسال(۱۹۷۰-۱۹۶۹) پیشنهاد ساخت ابرشبکه ها به واسطه ی آلایش و یا روش های ترکیبی را مطرح کردند که توجه بیشتری را به خود جلب کرد. اگر لایه های و  به طور متناوب امکان رشد داشته باشند، این تناوب مصنوعی معمولاً از نظر اندازه یک یا دو مرتبه بزرگ تر از تناوب اتمی است اما کوچک تر از طول موج دوبروی الکترون است. این پتانسیل مانند تناوب اتمی،زیر نوارها را ایجاد می کند که این زیر نوارها سبب ایجاد خواص اپتیکی و الکترونیکی جدیدی در ابرشبکه ها می شوند.چاه های کوانتومی نمونه ای از این ساختارهای چند لایه هستند که از ساندویچ شدن یک لایه ی نازک از ماده ی  با گاف انرژی کوچک تر بین دو لایه ی ضخیم تر از ماده ی با گاف انرژی بزرگ تر ایجاد می شوند( شکل (۱-۱)). اثر کوانتش بر خواص اپتیکی و الکترونیکی الکترون در یک لایه ی خیلی نازک اولین بار توجه محققان روسی را در سال ۱۹۷۲ به خود جلب کرد و پس از آن اولین گزارش ها راجع به رشد چاه های کوانتومی و اندازه- گیری خواص نوری یک حامل در چاه کوانتومی توسط دینگل]۷[ درسال ۱۹۷۴ اتفاق افتاد و تقریباً همزمان اولین اندازه گیری های خواص الکتریکی توسط چانگ]۸[ صورت پذیرفت. در چاه های کوانتومی چگالی   حالت ها در دو راستاپیوسته و در یک راستا گسسته می باشد.

نتیجه گیری:

در این پایان نامه ساختار انرژی نقطه های کوانتومی با پتانسیل دیواره ی یکنواخت کسری را بررسی نمودیم.  ویژه مقدارها و ویژه تابع های یک الکترون محبوس در نقطه های کوانتومی با پتانسیل کسری با دیواره  ی یکنواخت را با استفاده از روش های عددی محاسبه نمودیم. برای اطمینان از صحت محاسبه ها این محاسبات را برای پتانسیل پله ای نیز حل کردیم که نتایج با نتایج تحلیلی تا شش رقم همخوانی داشت. نتایج بیانگر این امر است که با کاهش اندازه ی نقطه ی کوانتومی ویژه مقدارهای انرژی، در اثر حضور پتانسیل دیواره، افزایش می یابند و فاصله ی ترازهای مختلف از یک دیگر بیشتر می شود. از طرفی فاصله ی قله ی تابع موج از مبدأ با شعاع نسبت مستقیم و با پتانسیل نسبت عکس دارد. یعنی با افزایش شعاع، فاصله ی قله های تابع موج از مبدأ بیشتر و با افزایش پتانسیل، پهن شدگی کمتر می شود. هم چنین از مقایسه ی پتانسیل کسری محدود با پتانسیل پله ای در می یابیم که به ازای تمام شعاع ها، ویژه مقدارهای انرژی پتانسل کسری از پتانسیل پله ای بیشتر می باشد. به این دلیل که پتانسیل کسری در ناحیه ای که عمق بیشتری دارد، پهنای کمتری دارد که این امر سبب افزایش اثر محدود شدگی کوانتومی می شود. از سوی دیگر تغییرات ضریب جذب و شکست خطی و مرتبه ی سوم غیرخطی نقطه های کوانتومی با پتانسیل دیواره ی یکنواخت کسری مورد محاسبه قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که:

کوانتومی
کوانتومی

ضرایب جذب خطی(غیرخطی) در تمام بازه ی انرژی دارای علامت مثبت(منفی) می باشند. اما ضرایب شکست در انرژی گذار تغییر علامت می دهند. تغییرات ضریب جذب و شکست خطی مستقل از شدت پرتو فرودی می باشد. در حالی که تغییرات ضریب جذب و شکست غیرخطی مرتبه ی سوم به طور قابل ملاحظه ای به شدت نور وابسته است. از آن جا که در تمام بازه ی انرژی ضریب جذب و شکست غیرخطی دارای علامت مخالف ضریب جذب و شکست خطی می باشد، با افزایش شدت پرتو فرودی تغییرات ضریب جذب و شکست کل کاهش می یابد. علاوه بر این، چون شکاف بین ترازهای انرژی در نوار رسانش مستقل از شدت نور فرودی است، مکان قله ها نیز مستقل از شدت نور تابشی می باشد. بنابراین با توجه به اثرات قابل تأمل جمله های غیرخطی، در نظر گرفتن اثرات غیرخطی به خصوص در شدت های بالا الزامی می باشد.  هم چنین تغییرات ضریب جذب و شکست خطی، غیرخطی و کل نقطه ی کوانتومی به شدت به تغییر اندازه ی نقطه ی کوانتومی بستگی دارد. افزایش اندازه ی نقطه، تغییرات ضریب جذب کل را کاهش می دهد در حالی که سبب افزایش تغییرات ضریب شکست کل نقطه ها می شود. این پدیده به دلیل کاهش بزرگی ممان دوقطبی و کاهش انرژی گذار در اثر افزایش اندازه ی نقطه ی کوانتومی رخ می دهد.به همین دلیل نیز، با افزایش اندازه ی نقطه ها، قله ها به سمت انرژی های کمتر انتقال یابند.پتانسیل نیز همچون اندازه ی نقطه ی کوانتومی تأثیرات قابل توجهی در تغییرات ضریب جذب و شکست خطی، غیرخطی و کل نقطه ی کوانتومی دارد.  افزایش پتانسیل، تغییرات ضریب جذب کل را افزایش می دهد در حالی که سبب کاهش تغییرات ضریب شکست کل نقطه می شود. این مسئله به دلیل افزایش انرژی ترازها و اختلاف انرژی آن ها در اثر افزایش محدود شدگی ناشی از افزایش دیواره ی پتانسیل رخ می دهد. به همین دلیل نیز با افزایش پتانسیل، قله های ضریب جذب و شکست به سمت انرژی های بیشتر انتقال یابند.

فهرست مطالب پایان نامه محاسبه خواص الکترون کوانتومی:

      فصل اول:

مقدمه                                                                                       

۱-۱- معرفی و تاریخچه

۱-۱-۱- ابر شبکه و چاه کوانتومی

۱-۱-۲- سیم کوانتومی

۱ -۱-۳- نقطه ی کوانتومی

۱-۱-۴- برخی خواص نقاط کوانتومی

۱-۲- انگیزه

۱-۳- هدف

     فصل دوم:

محاسبه ی ترازهای انرژی و تقریب های به کار رفته

۲ -۱- مقدمه

۲-۲- نوارهای انرژی و توابع بلوخ

۲-۳- مدل

۲-۴- روش تابع پوش

۲-۵- تقریب جرم مؤثر

۲-۶- مقایسه ی پتانسیل های محدود کننده

۲-۷- نتیجه گیری

   فصل سوم :

محاسبه ی ساختار انرژی نقطه های کوانتومی با پتانسیل دیواره ی

یکنواخت کسری به کمک نظریه ی جرم مؤثر

۳-۱- معادله ی شرودینگر در مختصات کروی برای یک ذره ی محدود

در یک نقطه ی  کوانتومی با پتانسیل دیواره ی یکنواخت کسری

۳-۱-۱- روش های عددی به کار برده شده

۳-۲- بحث و نتیجه گیری

۳-۳- نتیجه گیری

   فصل چهارم :

مطالعه ی خواص نوری خطی و غیر خطی نقاط کوانتومی با

پتانسیل محدود کسری با دیواره ی یکنواخت

۴-۱- مقدمه

۴-۲- تحول زمانی ماتریس چگالی

۴-۳- حل معادله ی تحول زمانی ماتریس چگالی با استفاده از روش اختلال

۴-۴- محاسبه ی ضریب جذب و ضریب شکست خطی و غیر خطی مرتبه ی

سوم با استفاده از ماتریس چگالی

۴-۴-۱- محاسبه­ی پذیرفتاری خطی با استفاده از ماتریس چگالی

۴-۴-۲- محاسبه ی پذیرفتاری غیر خطی مرتبه ی دوم با استفاده از

ماتریس چگالی

 ۴-۴-۳ محاسبه ی پذیرفتاری غیر خطی مرتبه ی سوم با استفاده از

ماتریس چگالی

۴-۴-۴- محاسبه ی تغییرات ضریب جذب و ضریب شکست

۴-۵- محاسبات عددی و نتایج

 ۴-۶- نتیجه گیری                                                                                                  

   فصل پنجم:

نتیجه گیری

فهرست منابع

مطلب بالا چکیده‌ای از تحقیق و پژوهش اصلی میباشد جهت تهیه نسخه کامل آن از باکس زیر اقدام به خرید و دانلود نمایید
لینک خرید پژوهش پایان نامه محاسبه خواص الکترون کوانتومی:
تحویل فوری و خودکار فایل با لینک مستقیم بعد از پرداخت
500,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید
تعداد صفحه: 99
قالب: فایل word

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *