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

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

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.

Авторлар туралы

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

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).