ЕФЕКТ ААРОНОВА-БОМА В СФЕРИЧНИХ НАНОСИСТЕМАХ

Ефект Ааронова-Бома - квантовомеханічний ефект, який характеризує вплив зовнішнього електричного чи магнітного поля, що зосереджене в області, недосяжній для зарядженої частинки, на її квантовий стан. Цей вплив пояснюється тим, що у місцях, де напруженості полів рівні нулю, відмінним від нуля залишається векторний потенціал. У квантовій механіці, на відміну від класичної, векторний потенціал електромагнітного поля уже не є допоміжною величиною для визначення напруженостей, а й самостійно володіє фізичним змістом і впливає на енергію квазічастинки. Вперше детальний теоретичний розгляд цього ефекту було здійснено Я. Аароновим та Д. Бомом [1], а для наносистем досліджувався в роботах [2-6] на прикладі напівпровідникових тороїдальних кілець, які поміщені в однорідне магнітне поле.

Енергія основного стану електрона в наносистемі, поміщеній в магнітне поле, зростає, але внаслідок ефекту Ааронова – Бома електрон у нанокільці в станах з магнітним квантовим числом m < 0 при певних значеннях магнітного поля має таку ж енергію як і в стані m=0 у відсутності поля. Внаслідок цього роль основного стану почергово виконують стани з m=0, -1, -2, ....

У даній  роботі досліджено вплив магнітного поля на енергетичні спектри квазічастинок у багатошарових сферичних наносистемах. Дослідження показують, що в багатошарових квантових точках, у яких можлива локалізація квазічастинок у сферичній плівці, при збільшенні індукції однорідного магнітного поля, внаслідок ефекту Ааронова - Бома, роль основного стану електронів та дірок послідовно виконують стани з m=0, -1,-2,… Зміни конфігурації основного стану відбувається при збільшенні індукції магнітного поля на однакову величину (DB). На відміну від нанокілець, у досліджуваних наносистемах енергія основного стану електрона зі збільшенням магнітного поля зростає у всьому діапазоні зміни індукції магнітного поля. На основі моделі безмежно глибокої потенціальної ями для сферичної плівки CdSe з внутрішнім радіусом r_0, досліджено граничний перехід r₀→0, при якому сферична плівка вироджується в квантову точку. Зменшення внутрішнього радіуса сферичної ями приводить до збільшення індукції магнітного поля, при якій відбувається зміна конфігурації основного стану. Показано, що у граничному випадку r₀→0 ефект Ааронова-Бома зникає повністю. У квантовій точці основним станом при будь-якій величині магнітного поля залишається стан з m = 0.

Показано, що для сферичних наносистем, у яких можлива локалізація квазічастинок у сферичній плівці, ефект Ааронова - Бома проявляється на залежностях інтенсивностей міжзонних переходів від індукції магнітного поля. Оскільки, за правилами відбору у дипольному наближенні міжзонні переходи можливі лише між станами з однаковим значенням магнітного квантового числа, а зміни конфігурації основного стану для електрона та дірки відбувається при різних значеннях індукції магнітного поля, то існують області значень індукції магнітного поля, при яких міжзонні переходи будуть малоймовірними. Розрахунки показують, що ці області виникають періодично зі збільшенням індукції магнітного поля, а ширина залежить від фізичних та геометричних параметрів наносистеми.

Список літератури:

1. Aharonov, Y. and D. Bohm, Phys. Rev. 115, 485—491 (1959).

2. M. Bayer, M. Korkusinski, P. Hawrylak, T. Gutbrod, M. Michel, and A. Forchel, Phys. Rev. Lett. 90, 186801 (2003).

3. L. Schweidenback, T. Ali, A.H. Russ, J.R. Murphy, A. N. Cartwright, A. Petrou, C. H. Li and other, Phys. Rev. B 85 245310 (2012).

4. 4.J. Climente, J. Planelles and W. Jaskólski, Phys. Rev. B  68  075307 (2003)

5. 5. : Kuskovsky et al . Phys. Rev. B  76   035342; (2007)

6. Sellers et al PRL  100, 136405 (2008).