автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование рассеяния на примесях в электронном транспорте квазиодномерных наноструктур

005005546

На правах рукописи

КОКОРЕВА МАРИЯ АЛЕКСЕЕВНА

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ НА ПРИМЕСЯХ В ЭЛЕКТРОННОМ ТРАНСПОРТЕ КВАЗИОДНОМЕРНЫХ НАНОСТРУКТУР

Специальность 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 8 ЛЕН 2011

Саранск - 2011

005005546

Работа выполнена на кафедре теоретической физики Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Маргулис Виктор Александрович

доктор физико-математических наук, профессор

Попов Игорь Юрьевич

кандидат физико-математических наук, Иванов Дмитрий Александрович

Ведущая организация:

Пензенский государственный университет.

Защита состоится 28 декабря 2011 г. в 14® часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.14 при Мордовском государственном университете им. Н.П. Огарева по адресу: 430005, г. Саранск, пр. Ленина, 15, корн. 3, ауд. 110.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 08, Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, диссертационный совет Д 212.117.14

Автореферат разослан /¿¿У&^Я^ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.117.14 кандидат физико-математических наук, доцент

Л.А. Сухарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы физические свойства наноструктур привлекают к себе все большее внимание. Во-первых, это обусловлено тем, что в мезоскопичсских системах были открыты интересные физические эффекты, имеющие фундаментальное значение, например, незатухающий ток в кольцах, квантовый эффект Холла, рсзонансы Фано в электронном транспорте. Это даст повод ожидать открытия в наноструктурах и других важных с точки зрения фундаментальной физики эффектов. Во-вторых, устройства на основе наноструктур стали активно внедряться в производство. Одними из наиболее интересных приложений физики наноструктур являются квантовые вычисления и квантовые компьютеры. Наноэлектронныс устройства обладают целым рядом неоспоримых преимуществ перед микроэлсктропными устройствами: компактность, энергосбережение, быстродействие и т.д. Очевидно, что электронные свойства наноструктур должны быть исследованы до появления технологии их массового изготовления.

В последние десятилетня резко возрос интерес к экспериментальным и теоретическим исследованиям искривленных наноструктур с прпмссями (с различными включениями, в том числе с примесями). Это обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, наличие дискретного энергетического спектра электронов в этих структурах позволяет осуществлять резонансный транспортный режим в содержащих их устройствах. Во-вторых, характер электронного транспорта в искривленных структурах сильно зависит от положения контактов и нримсссй, что делает возможным получение систем с заданными свойствами путем выбора точек присоединения контактов и расположения примесей.

Цель работы

Теоретическое исследование влияния рассеяния электронов на примесях на транспорт квазиодномерных наноструктур, таких как, квантовое кольцо, цепочка колец и квантовый цилиндр, н исследование влияния различных параметров этих систем на возникающие эффекты. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. построить модели, описывающие рассеяние электронов на короткодействующих примесях в наноструктурах;

2. получить аналитическую формулу для кондактанса одномерного двухтср-минального квантового кольца при наличии нескольких примесей на кольце в перпендикулярном (к плоскости кольца) магнитном иоле;

3. разработать программу для численного расчета зависимости кондактанса одномерного двухтерминалыюго кольца от параметров системы;

4. установить тип рсзонансов, возникающих и электронном транспорте через кольцо; исследовать возможность и условия коллапса этих рсзонансов;

5. получить аналитическую формулу для одноэлсктронного энергетического спектра цепочки колец; исследовать влияние различных параметров системы на этот спектр;

6. разработать численные методы и специальную программу для решения дис-исрсиопного уравнения для нахождения спектра цепочки колец;

7. получить аналитическую формулу для кондактанса квантового цилиндра в продольном магнитном поле при наличии нескольких короткодействующих примесей на поверхности цилиндра;

8. разработать программу, дающую зависимость кондактанса квантового цилиндра от параметров системы;

9. выяснить, как влияет положение расссиватслсй и их длины рассеяния на электронный транспорт в квантовом цилиндре.

Методы исследования. Для исследования транспортных свойств наноструктур используется формализм Ландауэра-Бюттиксра [1-4], позволяющий выразить кондактанс проводника через коэффициенты прохождения электрона через систему. Для построения модельного электронного гамильтониана наноструктуры и определения коэффициентов прохождения электрона в диссертации используется метод потенциалов нулевого радиуса, основанный на теории самосопряженных расширений симметрических операторов. В диссертации разработан удобный подход для анализа коэффициента прохождения, основанный на разложении формулы для коэффициента прохождения в ряд в окрестности нулей резонансов.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующих положениях:

1. Построена модель, позволяющая исследовать электронный транспорт в наноструктурах с точечными примесями и присоединенными к ним одномерными проводниками.

2. Исследован электронный транспорт через двухтсрмпнальнос кольцо Аароно-ва-Бома при наличии точечных примесей. Получены аналитические формулы для кондактанса системы.

3. Показано, что зависимость коэффициента прохождения электрона через кольцо от энергии носит резонансный характер. Показано существование асимметричных резонансов Фано в разработанной модели. Найдены положения пиков и нулей резонансов, выражения, связывающие ширину резонансов с положениями примесей и контактов, а также с их параметрами. Показано, что при определенных положениях примесей наблюдается коллапс резонансов Фано.

4. Исследован электронный транспорт через цепочку одномерных колец при наличии магнитного поля. Найден электронный энергетический спектр для различных схем соединения колец в цепочку. Изучено влияние параметров системы на спектр.

5. Изучен электронный транспорт в квантовом цилиндре при наличии нескольких короткодействующих нримссей на его поверхности. Получены аналитические выражения для коэффициента прохождения электрона и кондактанса системы. Исследовано влияние параметров примесей на кондактанс.

6. Разработаны специальные чнслсиныс методы и соответствующий программный комплекс для численного расчета энергетического спектра цепочки одномерных колец, а так же программы для расчета зависимостей кондактанса двухтермпналыюго кольца Аароиова-Бома н квантового цилиндра от параметров систем при различном числе примесей.

Практическая ценность работы.

1. Методы и модели, используемые в работе, могут быть использованы при исследовании особенностей электронного транспорта в других наноструктурах, содержащих точечные примеси.

2. Результаты проведенного анализа резонансной структуры коэффициента прохождения могут быть использованы прп разработке новых резонансных ианоэлсктронных приборов.

3. Результаты изучения зонной структуры в цепочке колец в зависимости от различных параметров системы могут быть использованы для получения структур с наперед заданным энергетическим спектром. Такие образцы нужны для создания фотодетекторов, работающих на основе переходов между минизонами.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Зависимость коэффициента прохождения двухтерминального кольца Ааро-нова-Бома от энергии электронов носит осцилляционный характер. В присутствии примсссй эта зависимость содержит резонапсы Фано. Необходимым условием существования резонансов является частичное нарушение симметрии системы. Ширина резонансов зависит от положения точек контактов и примесей.

2. Возможны два механизма исчезновения нулей кондактанса в кольце. Первый механизм — это коллапс резонансов Фано при определенных положениях примсссй и значениях магнитного поля. Второй — сдвиг нуля коэффициента прохождения с действительной оси в комплексную плоскость энергий. Коллапс резонансов Фано сопровождается повышением симметрии системы, в то время как второй механизм обусловлен понижением этой симметрии.

3. В общем случае одноэлектронный энергетический спектр цепочки одномерных колец имеет зонную структуру. Перекрытия зон не происходит. При определенных условиях в системе имеются дискретные уровни. Параметр взаимосвязи между кольцами определяет ширину запрещенных зон. При отсутствии связи между кольцами разрешенные зоны вырождаются в дискретные уровни изолированного кольца.

4. При определенных положениях контактов на кольце дискретные уровни могут трансформироваться в минизоны.

5. В спектре цепочки колец, соединенных между собой проводниками в не диаметрально противоположных точках, при наличии магнитного поля появляются непрямые запрещенные зоны.

G. Зависимость кондактааса квантового цилиндра от химического потенциала носит ступенчатый характер. Примесь приводит к появлению провалов, связанных с резонансным рассеянием на виртуальном уровне. При наличии двух и более примесей на зависимости G(/t) имеются резонапсы Фаио. При определенных положениях примесей и значении магнитного поля происходит коллапс резонансов Фаио. Кроме коллапса возможен второй механизм исчезновения резонанса - его сглаживание при соответствующих условиях.

7. Программный комплекс, разработанный для решения поставленных задач:

• программы, написанные на языке Pascal, для численного рачета зависимостей кондактанса двухтерминального кольца н квантового цилиндра от параметров систем при наличии нескольких примесей,

• программный комплекс, разработанный па языке TnrboDclphi, для построения спектра и кондактанса цепочки одномерных колец.

8. Численные методы, разработанные для получения спектра н кондактанса цепочки одномерных колец.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались и докладывались на Международной конференции "Fundamentals of Electronic Nanosystcm" NanoPeter-2010 (St. Petersburg, 2010), VIII российской конференции по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007г.), VIII и IX всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур и полупроводниковой нано- и оито-электронике (Санкт-Петербург, 2006 г., 2007 г.), Всероссийской молодежной научной школе "Материалы нано-, микро- и оптоэлсктроники: физические свойства и применение" (Саранск, 200G г., 2007 г., 2008г., 2009г.), X научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 200G г.).

Личный вклад. Личный вклад автора в работе заключается и участии в разработке методов и подходов исследования, в решении поставленных задач, а также в аналитическом исследовании полученных результатов. Численный анализ проведен автором самостоятельно.

Публикации. Основные результаты работы отражены в двенадцати научных работах, из них три журнальные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и девять тезисов докладов на всероссийских и международных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 183 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и библиографического списка, включающего 158 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются цель и задачи исследования, научная новизна и практическая

значимость работы, описываются используемые методы теоретического исследования, а также основные положения, выносимые на защиту. Обосновывается возможность и правомерность использования модели потенциалов нулевого радиуса (ПНР) [5-8] для описания рассеяния электронов па короткодействующих примесях.

Первая глава состоит из двух частей. В первой части дается литературный обзор работ, относящихся к теме диссертационного исследования. Рассмотрены различные модели кольца, цепочки колец, цилиндра. Во второй части представлено модели описание модели потенциалов нулевого радиуса с помощью теории самосопряженных расширений симметрических операторов.

Вторая глава посвящена исследованию электронного транспорта в двухтср-мнпалыюм кольцо Ааропова-Бома при наличии нескольких короткодействующих рассеиватслсй на кольце (рис. 1). Использовалась одномерная модель кольца [9]. Условие применимости этой модели к ¡¡еалыюму физическому объекту заключается в том, чтобы толщина проводников и кольца была настолько мала, чтобы дискретные уровни энергии в направлении, перпендикулярном оси проводника, были сильно разнесены между собой, для того, чтобы электроны, проводящие ток, находились на нижней подзоне. Это условие обеспечивает одномерную динамику.

Для моделирования расссивателсй и контактов используется метод потенциалов нулевого радиуса. Предполагается наличие однородного магнитного ноля В, приложенного перпендикулярно плоскости кольца.

Гамильтониан модели представляет собой прямую сумму невозмущеиных гамильтонианов сё чае/гей Но — Н^® Н\ © #2, где

Рис. 1: Одномерная модель кольца Ааронова-Бома с примесями и двумя присоединенными проводниками. Точками А) отмечены места соединения проводников с кольцом, Р{ — точки нахождения примесей.

н - *

" ~ 2т*р2

. й

(1)

гамильтониан электрона в кольце

3 2т' ¿г2

(2)

— гамильтониан электрона в каждом проводнике И^. Здесь т* — эффективная масса электрона, г) = Ф/Фо — число квантов потока магнитного поля через кольцо, Фо = 2тгйе/|е| — квант магнитного потока.

Волновая функция наноустройства может быть записана в виде одиостолбцо-вой матрицы ф = (фр,ф\,-фг)1, где фх{х) = exp(-ifcr) + rcxp(ikx) — волновая функция электрона в проводнике W\, фг{х) = texp(ikx) — н проводнике W2, а 1рР{<р, Е) = Yij^i Aj{E)Gp((p,tpj\ Е) — волновая функция электрона в кольце §,,. Здесь r, t — амплитудные коэффициенты отражения и прохождения соответственно, Gp(ip,tpj-, Е) — функция Грина невозмущениого гамильтониана Нр [10], Aj(E) — коэффициенты, определяемые из граничных условий.

Гамильтониан системы Н при наличии примесей получается из гамильтониана Яо нутсм наложения линейных граничных условий в точках нахождения возмущений. Возмущения, создаваемые примесями, моделируются линейными граничными условиями

ФР{^) = ~[Ф'М + 0)-ф'р(^-0)}, j = 3,. ..N + 2, (3)

Uj

где ф'р обозначает производную фр по углу ip, a vj — 2m*p2Vj/h2 — безразмерная величина, определяющая силу точечного возмущения. Граничные условия в точках контактов можно записать с номощыо уравнений [10]

i MVj) = + 0) - Ф'М - О)] + 0), j = 1,2, 1 ФМ = aiWM + 0) - Ф'р(ъ - 0)] + c^-(O), j = 1,2, W

где ф'хо — производную фт но ху a,j — комплексные, a bj и cj — действительные коэффициенты, имеющие размерность длины. Каждый контакт в рамках рассматриваемой модели характеризуется четырьмя действительными параметрами. Из условия непрерывности волновой функции в точке контакта следует, что a,j — bj = Cj = p/uj. Учитывая это и применяя граничные условия (3) и (4) к волновым функциям, была получена система N + 4 уравнений, из которых был выражен амплитудный коэффициент прохождения. Отдельно рассмотрены случаи рассеяния электронов на одной и двух примесях в кольце. Получены аналитические выражения для амплитудного коэффициента прохождения и в этих случаях.

Для выбранной модели коэффициент прохождения определяется квадратом модуля амплитудного коэффициента прохождения Т(Е) = \t{E)^ и оказывается функцией N + 2 независимых вещественных параметров. В работе для простоты ограничились случаем одинаковых контактов («] = иг = и) и примесей (из = ... = vN+2 = v).

Для того, чтобы получить зависимость Т(кр) (Рис.2) на языке Pascal была создана программа (Приложение А). Необходимость ее разработки обусловлена тем, что для нахождения значения кондактанса при заданных значениях параметров системы при наличии N примесей на кольце, встает задача о решении системы линейных уравнений N + 2 порядка. Поиск решений осуществлялся методом Крамера, определители при этом являлись комплексными.

Коэффициент прохождения является периодической функцией магнитного потока с периодом, равным кванту потока. Показано, что при диаметрально нро-

кр кр

Рис. 2: Зависимость коэффициента прохождения Т от безразмерной величины кр при <р\ = 0, 92 = V — 0.14 в отсутствие нрнмсси (а) и при наличии нримсси в точке <рз = 4я-/3 (Ь). При наличии примеси в кольце нули резонансов остаются только при тех значениях кт, для которых я'т(А(рктр) = 0. Здесь и далее и, и=10.

ТИВОИОЛОЖ1ГОМ присоединении проводников при целом значении потока магнитного ноля г) = п в отсутствие нримсси зависимость Т(кр) носит оецнлляци-

Т 1

0.5

и

и

0.5

кр

кр

Рис. 3: Зависимость коэффициента прохождения Т от безразмерной величины кр в отсутствие нримсси (а) и при расположении примеси в точке <рз = 1.475тг (6). Магнитное ноле отсутствует. Вблизи значений к,пр, кратных двум, при наличии примеси видны рсзопансы.

онный характер (Рис.За). Наличие примеси приводит к появлению рсзонансов (Рис.ЗЬ). В окрестности нулей получена форма кривой, идентичная форме резонанса Фано. При этом полуширина резонанса определяется положением примеси Г„, ~ sin2 krnpAip (Aip — разность полярных углов положения примеси и второго контакта). При определенных положениях примеси может происходить коллапс рсзонансов Фано в окрестности точек ктр, которые удовлетворяют условию sin kmpAtp = 0.

При r¡ ф п ъ отсутствие примеси {v = 0) коэффициент прохождения Т(кр) содержит асимметричные рсзонансы в окрестности точек кр = rri, где тп — целое (Рис.2а). Наличие примеси на кольце в общем случае, когда sin kmpAtp ф 0, приводит к исчезновению нулей, которые имелись в се отсутствии. Нули могут сохраниться лишь вблизи тп-го уровня при определенных положениях примеси (при таких А<р, что sin kmpAtp = 0)(Рис.2Ь). В работе показано, что в окрестности сохранившихся нулей зависимость Т(кр) имеет форму резонанса Фано, причем полуширина резонанса Гт ~ sin2 щ. Поэтому при стремлении потока магнитного поля к целому значению происходит коллапс рсзонансов Фано.

Таким образом, при расположении примеси в точке </?з = 1тт/п (Inn — целые) в отсутствие ноля пропадают рсзонансы в окрестности всех Е'¡г, для которых тп кратно п. При включении поля рсзонансы в окрестности данных точек возникают снова, но при этом одновременно исчезают пули при всех остальных значениях Е°

m■

При полуцелом потоке и диаметрально противоположном присоединении контактов к кольцу в отсутствии примеси коэффициент прохождения равен нулю для всех энергий электронов. Наличие прнмсси приводит к возникновению отличного от нуля коэффициента прохождения.

Найдены положения нулей зависимости Т(кр) при несимметричном присоединении контактов (ц>2 ~ Vi Ф л) к кольцу в отсутствии прнмсси. Часть нулей располагается в точках спектра изолированного кольца. Наличие примсси на кольце приводит к сдвигу нулей коэффициента прохождения от точек кр = п (Рис.4а). Магнитное ноле при наличии примсси в кольце приводит к исчезновению нулей коэффициента прохождения, как показано па Рис.4Ь. Глубина провалов уменьшается в то время как их ширина остается конечной. Показано, что, существует два механизма исчезновения нулей коэффициента прохождения в системе: во-первых, коллапс рсзонансов Фано, когда полюс амплитуды рассеяния спускается с комплексной плоскости на действительную ось в точку, где имеется пуль коэффициента прохождения. Во-вторых, сдвиг нуля коэффициента прохождения с действительной оси на комплексную плоскость. Следует упомянуть, что коллапс резонанса Фано сопровождается повышением симметрии в системе, в то время как второй механизм обусловлен понижением этой симметрии.

Рассмотрено моделирование рассеяния электронов в системе при наличии двух примесей на кольце. С помощью разработанной программы (Приложении А) численно получены зависимости Т(кр). В общем случае, когда примсси и контакты расположены на кольце в произвольных точках, на графике Т(кр) имеется

кр кр

Рис. 4: Зависимость коэффициента прохождения Т от безразмерной величины кр при несимметричном подключении проводников к кольцу ip\ — 0, ip2 — 147г/15, ip3 = 1.17Г в отсутствие магнитного поля (а) и при наличии магнитного поля с потоком 77 = 0.14 (6).

наложение осцилляции и резонансов различных типов. Аналитически показано, что к одновременному коллапсу всех резонансов Фано приводит присутствие в системе зеркальной симметрии. Если симметрия разрушается путем либо сдвига одной из иримссей, либо различием в величинах потенциалов, создаваемых примесями (VI ф V2), то резонапсы Фано возникают вновь.

В третьей главе исследуются спектральные и транспортные свойства периодической цепочки квантовых колец. В качестве модели системы была выбрана бесконечная периодическая цепочка одинаковых одномерных колец, последовательно соединенных между собой одномерными проводниками равной длины. Предполагается наличие магнитного ноля, приложенного перпендикулярно плоскости колец. Расчеты, проведенные в работе, могут описывать и цепочки конечной длины в случае, когда длина

Рис. 5: Схематическое изображение цепочки колец, соединенных между собой проводниками длины а.

свободного пробега электрона в образце не меньше длины цепочки (это возможно для цепочки длиной порядка нескольких /ип).

Получено диенсрсионнос соотношение для цепочки колец, соединенных между собой проводниками (Рис.5). Точки контакта проводников с кольцами моделировались с помощью теории потенциалов нулевого радиуса. Радиусы всех колец одинаковые и равны р, длины всех проводников равны о. Эта система является периодической с периодом I = 2р + а. Собственные функции гамильтониана Я„„ соответствующие энергии Е, в проводнике гс-ой ячейки определяются как фЦх) = Ап{Е)ёкх + Bn{E)e~ikx, где к = \Î2nFËfh - волновое число электрона, Л", В" — коэффициенты, определяемые из граничных условий и п — номер ячейки. Так как контакты представляют собой точечные возмущения движения электрона, волновая функция на кольце может быть выражена через функцию Грина G{v, <pj, Е) гамильтониана Нр [8] фпр = a'{G{tp, tpuE) + a%G(<p, <p2, E), где otj(E) —- некоторые коэффициенты.

В силу непрерывности волновой функции каждый контакт будет описываться только одним параметром ß, имеющим размерность длины. Для простоты выберем их одинаковыми для всех контактов. Условия непрерывности волновой функции в точках 2 и 3 (Рис.5), а так же условия сохранения тока в этих точках в соответствии с [10] запишутся в виде

Г Ф1(а) = = + 0) - - 0)1 - /Ша), (гЛ

X гм = ГРЫ = ßWTWi + 0) - - о)] + /Шо). (ö)

Удобно представить ß через безразмерный параметр v, ß = p/v (величина v обратно пропорциональна величине связи между кольцом и проводниками).

Общий вид решения уравнения Шредингсра в периодической системе, согласно теореме Блоха имеет вид ф(х) = elqxu[x), где q — квазиимнульс, а блоховская амплитуда и(х) удовлетворяет условию и{х + 1) = и(х). Используя условие периодичности функции и(х) и се производной, получим следующие граничные условия

I W + 0) - Ф'/+1(<4+1 - 0) = +0) - Ф'Л4 + 0)]. w

Применяя условия (5) и (6) к волновым функциям, найдем систему четырех уравнений для коэффициентов Л, В и ctj (j = 1,2): Приравняв определитель этой матрицы к нулю, было найдено дисперсионное соотношение

2kp{Qi\éql + Que'"'1) + 2кр [vdet Q - trQ] cos(fej)+ + [det Q (v2 - fc V) - 2« tr Q + 4] sin (ka) = 0,

где det Q и trQ — это определитель и след Q - матрицы второго порядка соответственно (Qij(E) = h2Gp{<pi,ipj-, Е)/т*р). Решить трансцендентное уравнение (7) аналитически не представляется возможным, поэтому его решение было найдено численно. С этой целью были разработаны численные методы и создана программа (Приложение В). С помощью этой программы были построены спектры для цепочки колец при различных параметрах системы. На рис.Оа представлена зави-

симость энергии электрона от квазиимпульса для случая диаметрально противоположного присоединения контактов в нулевом магнитном ноле при промежуточной силе связи между кольцом и проводниками. Из численного анализа видно, что

20 15

á

ю

S

о

0 к 2л 0 5 10 15 20 25

ql Eje

Рис. 6: Спектр и кондактаис цепочки колец, соединенных между собой проводниками длины а = 0.1 р. Поток магнитного ноля r¡ = 0, параметр связи v = 1. е = h2/2m*p2.

в общем случае спектр имеет зонную структуру без пересечения зон. Физически это можно интерпретировать следующим образом. В цепочке одинаковых квантовых колец с одинаковой связью с ближайшими кольцами дискретные состояния изолированных колец трансформируются в мшшзоны. Ширина запрещенной зоны определяется взаимосвязью между кольцами. Чем слабее связь между кольцами, тем шире запрещенные зоны и уже зоны проводимости. В пределе, соответствующем изолированным кольцам (v —> оо ), разрешенные зоны вырождаются в дискретные уровни изолированного кольца.

Кроме этих зон в спектр системы колец входят еще и дискретные уровни изолированного кольца. Имеется пересечение минизон и дискретных уровней. Это означает, что при одном и том же значении квазиимпульса, существуют как локализованные состояния, так и делокализованные состояния.

Зависимость кондактанса при нулевой температуре от химического потенциала, полностью определяется электронной энергетической зонной структурой. Кондактаис равен единице, если энергия Ферми находится внутри разрешенной зоны, и нулю, если внутри запрещенной (Рис.бЬ). Поскольку в системе нет пересечения минизон, кондактаис не может превышать одного кванта кондактанса.

С увеличением длины проводника а увеличивается число подзон, приходящихся на фиксированный интервал энергии, вследствие увеличения числа стоячих волн, образующихся в проводнике.

При наличии магнитного поля, приложенного перпендикулярно плоскости колец, с потоком г/ ф п/2 (п — целое) увеличение потока от 0 до 1/2 приводит к уши-рению дискретных уровней изолированного кольца в узкие мшшзоны, дающие дополнительные ненулевые участки кондактанса. Это происходит из-за снятия магнитным нолем энергетического вырождения уровней изолированного кольца. При

значении Ф, равном половине кванта магнитного потока, все минизоны спектра вырождаются в дискретные уровни. Анализ показал, что такой эффект наблюдается вследствие локализации электронов в элементарной ячейке цепочки (кольцо I проводник).

2п

2л

Ф

Ч'

Рис. 7: Спектры цепочки колец, соединенных между собой проводниками длины а = 0.1 р. Параметр связи V = 2, углы присоединения проводников <р\ = 0, у?2 = 1.17г. Поток магнитного ноля (а): т) = 0, (Ь): г/ = 0.2. В магнитном поле спектр становится асимметричным, появляются непрямые запрещенные зоны.

Зонная структура чувствительна к положению контактов на кольце. В частности, при недиагональном подключении проводников к кольцу (в элементарной ячейке цепочки) дискретные уровни изолированного кольца трансформируются в минизоны (Рие.7а). В магнитном иоле зависимость энергии от квазиимпульса становится асимметричной из-за отсутствия в системе центра инверсии (Рие.7Ь). Следовательно в системе при наличии магнитного ноля могут существовать непрямые запрещенные зоны (Рис.7Ь).

Получено дисперсионное уравнение для цепочки колец, имеющих между собой точечный контакт. Отдельно рассмотрены два варианта соединения колец. Схема диаметрально про- ¡«— /_^

тивоноложного соединения колец (<¿>1 = 0 и Рис. 8: Схематическое изображение цепочки колец, имс-ср2 = тг) представлена на югцих между собой точечный контакт. рис.8. По аналогии с выводом, приведенным в предыдущем пункте, получено следующее дисперсионное уравнение

4012 сов(д1) +vdetQ- 2и-<у = 0. (8)

В общем случае спектр имеет зонную структуру, аналогичную (Рис.6), состоящую из миннзон и дискретных уровней изолированного кольца, сохраняющихся даже при наличии ненулевого потока магнитного поля. Эти уровни соответствуют локализованным электронам, для которых волновые функции обращаются в нуль в обоих точках контакта. Энергия этих квазпетационариых состояний, исходя из (8), определяются из системы уравнении

{Qn(E)= 0, fgv

\ v dot Q(E) -2iiQ(E) =0. '

Показано, что решениями (9) являются уровни, определяемые уравнением sin икр = 0 (при rj ф п/2), то есть точки спектра изолированного кольца в отсутствии магнитного поля (кр = и, п = 0, ±1, ±2,...). Наличие короткого соединяющего кольца проводника приводит к уншрешио этих уровней в узкие зоны, которые и приводят к процессу переноса заряда.

При полуцелом значении магнитного потока спектр полностью состоит из дискретных уровней, положение которых было найдено в работе аналитически. Кондактапс системы в этом случае оказывается равным нулю.

Рассмотрен случай зигзагообразного соединения колец одинакового радиуса. При таком виде соединения период цепочки состоит из двух колец. Полученное дисперсионное уравнение имеет вид

-¿ЮМ«* + + [^tQ<» - JtrQW + fl х

х [detф - StrQTO + - $ (($> - + Ш2 =

где QW и Q<2> — Q-матрицы второго порядка, элементы которых соответствуют (^-функциям гамильтонианов первого и второго колец соответственно Q® = QW(tfii,<Pj;E), l,i,j = 1,2. В частном случае, когда щ = 0 и — т, из этого соотношение можно получить (8).

Общая структура спектра представляет из себя чередующиеся уровни изолированного кольца с примыкающими к ним узкими мшшзонами и широкие мини-зоны, попарно соприкасающиеся друг с другом в одной точке (в середине зоны Бриллюэна) (Рис.9). Две соприкасающиеся зоны в действительности дают одну миннзону н, соответственно, один инк кондактанса. С изменением углов присоединения колец друг к другу, сисктр изменяется, уменьшая или увеличивая ширину запрещенных миннзон, но оставляя их число неизменным (при иррациональных значениях угла (рц в нервом кольце ячейки). При значениях угла <рц = lir/n из спектра исчезают дискретные уровни изолированного кольца Ет = em2 со значениями т, кратными п, и прилегающие к ним узкие минизоны (Рис.9).

В конце главы 3 описаны разработанные численные методы решения дисперсионного уравнения, которое является трансцендентным. Для его решения необходимо было найти нули левой части дисперсионного уравнения, которая является функцией двух переменных: квазиимпульса н энергии. При фиксации одной из

л

ч>

2л

О 5 10 15 20 25

Рис. 9: Спектр цепочки колец, имеющих между собой непосредственные контакты в точках = 37г/4, = 57г/4. Поток магнитного поля 77 = 0, параметр связи и = 2. Дискретный уровень при к = 4 {Е/е = 16) и примыкающая к нему минизона пропали.

этих неременных функция становится зависимой лишь от одной переменной. При этом заранее известно, что ири любом фиксированном значении квазиимпульса имеется несколько корней. Задачу о нахождении корня уравнения можно свести к задаче о нахождении минимума функции, являющейся квадратом модуля исходной функции. Для решения поставленной задачи была разработана специальная программа (Приложение В). Принцип ее действия, развернутое описание которого так же представлено в Приложении В, состоит в том, что ири нескольких фиксированных значениях квазиимпульса q ищется конечное число корней уравнения (7) соответствующих различным минизонам (для (8) и (10) аналогично). В процессе написания программы был разработан новый метод поиска корней уравнения, основанный на сочетании метода сканирования с методом деления отрезка на три части. Такой метод позволяет увеличивать точность лишь там, где это необходимо, что существенно снижает время счета программы.

В четвертой главе проведено исследование электронного транспорта в тонкой полупроводниковой нанотрубке, находящейся в продольном магнитном поле, ири наличии нескольких короткодействующих расссиватслей на се поверхности. Трубка моделировалась тонким квантовым цилиндром. Такая модель может быть применима в том случае, если ширина стенки много меньше радиуса цилиндра и длины волны электрона, а отражением от концов цилиндра можно пренебречь. С помощью этой модели можно описывать электронный газ в свернутых напряженных слоях СаАз/АЮаАэ и углеродных нанотрубках. Исследовано влияние параметров системы на кондактанс.

Рассмотрен цилиндр радиуса г, помещенный в продольное магнитное ноле В. Гамильтониан Но электрона на цилиндре при отсутствии примесей в цилиндрической системе координат может быть записан в виде

(И)

где p. - оператор проекции импульса па ось цилиндра, Ф = жг2В - магнитный поток через сечение цилиндра.

Гамильтониан Я цилиндра при наличии примесей в точках qj = {zj,ipj) является точечным возмущенном оператора Но, которое определяется граничными условиями. Используя подход, основаиный на теории потенциалов нулевого радиуса, граничные условия в работе выбраны в виде

vj = PjUj, (12)

где Uj и Vj — комплексные коэффициенты в разложении волновой функции в окрестности точки возмущения q7. Параметр Pj описывает силу точечного потенциала в точке q, и может быть выражен через длину рассеяния Xj по формуле Pj = 21nAj. Отметим, что с увеличением Xj сила точечного возмущения уменьшается, а предел Xj —> оо соответствует отсутствию возмущения в точке qj.

Наличие ирнмсссй на цилиндре приводит к появлению в выражении для волновой функции рассеянных волн, которые описываются с помощью функции Грина гамильтониана Я« N

ф(х, Е) = Vm(x, Е) + 4ji Е)- (13)

3=1

Здесь фт(х, Е) = exp{ikmz + irntp) ~ электронная волна, которая распространялась бы в цилиндре, если бы примеси отсутствовали, Np - число примесей, Çj - коэффициенты, определяемые из граничных условий, a G(x,x';E) - функция Грина оператора Я0 [И]. Подставляя волновую функцию (13) в граничные условия (12), найдем уравнения для определения коэффициентов uj. Учитывая асимптотику волновой функции после рассеяния па примеси, атак же выражение (13), получим выражение для амплитудного коэффициента прохождения

. к?

Wm — "m'm „ , / y Vj/ i \"J

l™m' ¿1=1

где Qij(E) = £Q{j(E) - Pjbj, Qjj(E) = Jim [G(x,cy,E)+ ^rln^x.qj)],

Qij(E) = G(qhqj-,E).

Согласно формуле Ландауэра-Быоггикера кондактанс G (¡г) при нулевой температуре выражается через коэффициенты прохождения электрона Тт>т из состояния с магнитным числом m в состояние с числом m': G/Gо = Tmim =

£ кт1\иП1т\2/кт, где кт = ^/2т'(Е - Ет)/Ь - волновое число. Сумма берется

т'тп

но всем состояниям, энергия которых не превышает энергию Ферми. Тогда формула для С(ц) примет вид

^ = М(/1) - 211сЪ- [йЭ-'д] + Тг + (15)

Здесь M{fi) = rnmm - mmiri + 1 - число состояний электрона с энергией ниже ¡1, а матрица А определяется выражением

V' схР[-'Мгг ~ Zj) + irniw -

m=mtnin

В работе подробно изучен случай, когда в цилиндре имеется одиночная примесь. Полученная формула для кондактанса имеет вид

G(ß) . (ImQ)2

= М(ц) - v . ■ . (17)

G0 к ' |QP к '

Для построения графика зависимости G{/i) но формуле (17) была разработана

I4

а

г

ßle

4 б

jjle

Рис. 10: Кондактаис й как функция химического потенциала /¿. (а): тонкая линия - примесь отсутствует; толстая линия - при наличии примеси с длиной рассеяния Л = 5г. (Ь): тонкая линия - Л = г; толстая линия - Л = 0.1г. Здесь е = Л2/2т*г2 .

программа, представленная в Приложении С.

При отсутствии примеси на цилиндре формула (17) состоит только из первого слагаемого и зависимость (^(/¿) имеет ступенчатый вид (Рис.Юа). Второе слагаемое и формуле (17) появляется при наличии примеси и описывает уменьшение кондактанса за счет резонансного рассеяния на виртуальном энергетическом уровне, который создастся точечным потенциалом ниже границы подзоны с номером т. Взаимодействие этого уровня с состояниями непрерывного спектра в нижележащей подзоне увеличивает вероятность рассеяния электрона и приводит к появлению рсзонансов в амплитудах отражения и, соответственно, к появлению провалов на зависимости (?(//) (Рис.10).

Положение минимумов кондактанеа определяется уравнением Ис(Эи — Р = О и зависит от А. При А » г провалы на графике зависимости <3(/х) 1>асиолагаются вблизи порогов ступеней слева (Рнс.Юа). С уменьшением А провал смещается в область меньших энергий и, дойдя до нижней границы подзоны (¡1 = Еш), исчезает (Рнс.ЮЬ). Тогда зависимость С(/л) становится монотонной.

В магнитном ноле при ту ф п/2 каждая ступенька расщепляется па две, а при нолуцелом значении г) вырождение возникает снова.

В главе 4 рассмотрен также случай, когда па цилиндре имеются две примеси. Показано, что коидактанс определяется только взаимным расположением примесей, а не координатами каждой примеси в отдельности. Для того, чтобы найти зависимость кондактанеа от химического потенциала ц, необходимо для каждого значения /х численно рассчитать значение С путем суммирования Ттт> по всем разрешенным для заданного // значениям т н т'. Для этого была разработана специальная программа (Приложении С).

Рис. 11: Коидактанс G как функция химического потенциала /х при наличии двух примесей с одинаковыми длинами рассеяния А = 5r, rj = 0, Дг = 0, (а): А<р = О.Этг, (Ь): А<р = 7г.

При наличии двух одинаковых примесей (А[ = Аг = А) на каждой ступени зависимости G(/x) имеются два провала, соответствующие рассеянию электронов на двух примесях. Также в системе могут появляться асимметричные резонансы Фано (Рис. 11а). При особых положениях примесей, отличающихся высокой симметрией, происходит исчезновение дополнительных провалов и коллапс резонан-сов Фано (Рис.lib). Кроме коллапса может происходит трансформация резонанса Фано в провал при увеличении расстояния между примесями вдоль осп цилиндра.

Показано, что электронные волны, имеющие узел в точках расположения обеих примесей, не рассеиваются. Поэтому при расположении иримсссй на одной образующей коидактанс системы является большим, чем при остальных иоложенн-

ях. Если две иримсси расположены на одной образующей цилиндра на достаточно близком расстоянии друг от друга (расстояние между примесями меньше длины волны электрона), то ситуация подобна случаю одной примеси. Если расстояние между примесями много больше радиуса цилиндра (Дг » г), то интерференция электронных волн, рассеянных на разных примесях, приводит к появлению осцилляций на зависимости G(ß).

Основные результаты диссертационной работы:

1. построена математическая модель, описывающая рассеяние электронов на короткодействующих примесях в квазиодномерных наноструктурах;

2. получены аналитические формулы для кондактанса одномерного двухтер-минального квантового кольца и цилиндра при наличии нескольких короткодействующих примесей в структурах при наличии магнитного поля, атак же для одноэлсктронного энергетического спектра цепочки колец;

3. разработаны вычислительные алгоритмы и программные комплексы для построения графиков зависимостей кондактанса одномерного двухтермииаль-ного кольца и квантового цилиндра от параметров сметем;

4. разработаны численные методы и программный комплекс для решения дисперсионного уравнения и построения спектра цепочки колец;

5. исследовано влияние различных параметров систем на их кондактанс;

6. установлен тип резонансов, возникающих в электронном транспорте через системы; исследована возможность и условия коллапса этих резонансов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

[lj Kokoreva M. A. Electron transport in a two-terminal Aharonov-Bohm ring with impuritics / M. A. Kokoreva, V. A. Margulis, M. A. Pyatacv // Physica E.— 2011,-V. 43.-P. 1610.

[2] Кокорева M. А. Рсзонансы фано в электронном транспорте через квантовое кольцо с примесями / М. А. Кокорева, В. А. Маргулис, М. А. Пятасв // "Известия ВУЗов. Поволжский регион. Физико-математические науки", — 2010.— № 1(13).-С. 109-125.

[3] Кокорева М. А. Электронный транспорт в квантовом цилиндре при наличии точечных примесей на его поверхности / М. А. Кокорева, В. А. Маргулис, М. А. Пятасв // "Известия ВУЗов. Поволжский регион. Физико-математические науки". — 2011. — № 1(17). — С. 87.

[4] Pyatacv M. A. Spectral and transport properties of periodic arrays of nanorings and nanospheres / M. A. Pyatacv, M. A. Kokoreva // Advanced Research Workshop "Fundamentale of Electronic Nanosystcm" NanoPetcr-2010. Abstracts. — St. Petersburg, Russia: Junc 26-July 2, 2010. — P. 68.

[5] Маргулис В. А. Электронный транспорт б наноцнлнндрс при наличии точечных примесей / В. А. Маргулис, М. А. Пятасв, М. А. Кокорева // VIII Российская конференция но физике полупроводников. Тезисы докладов. — Екатеринбург, Институт физики металлов УрО РАН: 30 ссптября-5 октября 2007. — С. 274.

[6] Пятаев М. А. Электронный транспорт в наноцплиндрс с точечными возмущениями / М. А. Пятасв, М. А. Кокорева // Восьмая всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и нано-электроиике: Тезисы докладов. — Санкт-Петербург: 4-8 декабря 2006. — С. 73.

[7j Маргулис В. А. Электронный транспорт в двутермииалыюм кольце Ааронова-Бома с точечной иримесыо / В. А. Маргулис, М. А. Кокорева // Девятая всероссийская молодежная конференция но физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлсктроиикс: Тезисы докладов. — Санкт-Петербург: 3-7 декабря 2007. - С. 48.

[8] Пятасв М. А. Кондактанс наноцшшндра с точечным возмущением / М. А. Пятасв, М. А. Кокорева // "Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение": Сборник трудов 5-й всероссийской молодежной научной школы. — Саранск: 3-6 октября 2006. — С. 27.

[9] Пятасв М. А. Электронный транспорт в наноцилиндре с несколькими короткодействующими иримсеями / М. А. Пятасв, М. А. Кокорева // "Материалы nano-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение": Сборник трудов 6-й всероссийской молодежной научной школы. — Саранск: 2-5 октября 2007. — С. 36.

[10] Кокорева М. А. Электронный транспорт в кольце Ааронова-Бома с несколькими примесями / М. А. Кокорева // "Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение": Сборник трудов 7-й всероссийской молодежной научной школы, — Саранск: 7-10 октября 2008. - С. 34.

[11] Кокорева М. А. Электронный транспорт в цепочке квантовых колец / М. А. Кокорева, М. А. Пятасв // "Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение": Сборник трудов 8-й всероссийской молодежной научной школы. — Саранск: 5-8 октября 2009. — С. 25.

[12] Пятасв М. А. Влияние точечного возмущения на электронный трасиорт в на-нотрубке / М. А. Пятасв, М. А. Кокорева // Материалы XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева. — Саранск: 17-21 апереля 2006.— С. 141142.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Шарвин Ю. В. Об одном возможном методе исследования поверхности Ферми / Ю. В. Шарвин // ЖЭТФ. - 1965. - Т. 48. - С. 984.

Laundaucr R. Elcctrical resistance of disordered one-dimensional lattices / R. Laundaucr // Philos. Mag. - 1970. - V. 21. - P. 863.

Laundaucr R. Spatial variation of currents and fields due to localized scattcrers in metallic conduction / R. Laundaucr // IBM J. Res. Dev. — 1988.— V. 32.— P. 306.

Büttikcr M. Four-terminal phase-coherent conductance / M. Büttikcr // Phys. Rev. Lett. - 1986. - V. 57. - P. 1761.

Гейлср В. А. Баллистический транспорт в наноструктурах: явнорешасмые модели / В. А. Гейлср, И. Ю. Попов // ТМФ. - 1996. - Т. 107. - С. 12.

Pavlov В. S. Possible construction of a quantum multiplexer / В. S. Pavlov, I. Y. Popov, V. A. Gcylcr, O. S. Pcrshcnko // Europhys. Lett. - 2000. - V. 52. -P. 196.

Гейлср В. А. Резонансное туннелирование через двумерную наноструктуру с присоединенными проводниками / В. А. Гейлср, В. А. Маргулис, М. А. Пя-тасв // ЖЭТФ. - 2003. - Т. 124. - С. 851.

Brüning J. Scattering on compact manifolds with infinitely thin horns / J. Brüning, V. A. Geylcr // J. Math. Phys. - 2003. - V. 44. - P. 371.

Gcfcn Y. Quantum oscillations and the Aharonov-Bohm effect for parallel resistors / Y. Gcfcn, Y. Imry, M. Y. Azbcl // Phys. Rev. Lett. - 1984. — V. 52. -P. 129.

Гейлср В. А. Транспорт в двухтерминалыюм кольце Ааронова-Вома /

B. А. Гейлср, В. В. Демидов, В. А. Маргулис // ЖТФ. - 2003.- Т. 73.-

C. 1.

Margulis V. A. Electron transport on a cylindrical surface with one-dimensional leads / V. A. Margulis, M. A. Pyatacv // Phys. Rev. В.- 2005.- V. 72.-P. 075312.

Подписано в печать 24.11.11. Объем 1,25 п. л. Тираж 100 экз. Заказ N° 1781. Типография Издательства Мордовского университета 430005, г. Саранск, ул. Советская, 24

Введение

Обозначения

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Различные модели наноструктур с рассеивателями

1.2 Модель потенциалов нулевого радиуса.

Глава 2 Моделирование электронного транспорта в двухтер-минальном кольце Ааронова-Бома с примесями

2.1 Гамильтониан и коэффициент прохождения наноустройства

2.2 Моделирование рассеяния электронов в системе при наличии одной примеси в кольце.

2.2.1 Случай симметричного присоединения контактов к кольцу

2.2.2 Случай несимметричного присоединения контактов к кольцу

2.3 Дискретные уровни, погруженные в непрерывный спектр

2.4 Моделирование рассеяния электронов в системе при наличии двух примесей в кольце.

2.5 Основные результаты главы.

Глава 3 Спектральные и транспортные свойства периодической цепочки квантовых колец

3.1 Дисперсионные соотношения для цепочки колец, соединенных между собой проводниками.

3.2 Дисперсионное соотношение для цепочки колец, имеющих между собой точечный контакт.

3.2.1 Случай диаметрально противоположного соединения колец

3.2.2 Случай не диаметрально противоположного соединения колец.

3.3 Численные методы решения дисперсионного уравнения.

3.4 Основные результаты главы.

Глава 4 Моделирование электронного транспорта в квантовом цилиндре при наличии нескольких точечных примесей на его поверхности

4.1 Постановка задачи и метод решения.

4.2 Моделирование рассеяния электронов в цилиндре при наличии одиночной примеси.

4.3 Моделирование рассеяния электронов в системе при наличии двух точечных примесей.

4.4 Основные результаты главы.

Физическая постановка задачи

В последние два десятилетия физические свойства наноструктур привлекают к себе все большее внимание. Это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, в мезоскопических системах были открыты интересные физические эффекты, имеющие фундаментальное значение: целый [1] и дробный [2] квантовые эффекты Холла, эффект Ааронова-Бома в квантовых кольцах [3], квантование кондактанса в баллистических проводниках [4], ре' зонансы Брейта-Вигнера и Фано в электронном транспорте [5-7] и ряд других. Это дает повод ожидать открытия в наноструктурах и других важных с точки зрения фундаментальной физики эффектов. Во-вторых, устройства на основе наноструктур стали активно внедряться электронной инженерией в производство и стимулировали его прогресс. В современных полупроводниковых технологиях уже применяются такие наноструктуры, как сверхрешетки, квантовые ямы, и проволоки. Успехи в области нанотехнологий позволяют надеяться на возможность создания в будущем новых типов электронных устройств на основе различных наноструктур.

Одними из наиболее интересных приложений мезоскопики являются квантовые вычисления и квантовые компьютеры. Наноэлектронные устройства обладают целым рядом неоспоримых преимуществ перед микроэлектронными устройствами: компактность, энергосбережение, быстродействие и т.д. В ряде работ предложены возможные конструкции квантового интерференционного транзистора, квантового переключателя [8, 9], они, в свою очередь, могут использоваться в качестве структурных элементов квантовых приборов электроники будущего. Сейчас интенсивно ведутся разработки альтернативных концепций проектирования вычислительных устройств. Од-ноэлектронный транзистор может применяться как запоминающий элемент в устройствах нано-флэш памяти. Диоды, основанные на резонансном тун-нелировании, находят различные применения, такие как аналого-цифровые преобразователи с частотой 10-100 ГГц, генераторы квантовых импульсов (для часовых устройств), сдвиговые регистры и элементы памяти со сверхнизким потреблением энергии. Таким образом, наноструктуры могут найти свое применение в области вычислительной электроники, где обычные кремниевые элементы (из-за ограниченности литографической технологии) не дают сравнимых частот, и где применение криогенной техники, возможно, будет оправдано. Очевидно, что электронные свойства наноструктур должны быть исследованы до появления технологии их массового изготовления. В связи с этим исследование электронного транспорта в различных наноструктурах является весьма актуальной задачей.

В последнее время резко возрос интерес к экспериментальным и теоретическим исследованиям искривленных наноструктур с примесями (с различными включениями, в том числе с примесями). Это обусловлено тремя основными причинами. Во-первых, наличие дискретного энергетического спектра электронов в таких структурах позволяет осуществлять резонансный транспортный режим в содержащих их устройствах. Во-вторых, создание идеально чистых образцов является очень трудной технологической задачей. В-третьих, характер электронного транспорта в искривленных структурах сильно зависит от положения контактов и примесей, что делает возможным получение систем с заданными свойствами путем выбора точек присоединения контактов и нахождения примесей. Таким образом, наличие примесей в структуре меняет её магнитные, транспортные и оптические свойства. Для описания этих свойств необходимо изучить влияние примесей. Для рассмотрения этого влияния в свою очередь необходимо построить для изучаемой системы адекватную модель, учитывающую наличие примесей и контактов.

Для исследования влияния примесей на физические свойства различных наноструктур были разработаны различные модели, позволяющие получить решения этой задачи аналитически. Одной из них является модель сильной связи [10], в которой короткодействующие включения моделируются замкнутой цепочкой нескольких атомов, связанных между собой прыжковым интегралом. Например, в [11] с помощью этой модели описывалась квантовая точка в одном из плеч кольца Ааронова-Бома. Кольцо рассматривалось как одномерная цепочка, состоящая из 2 7 атомов (ячеек). Квантовая точка моделировалась как кластер из трех атомов (ячеек), прыжковый интеграл между которыми отличался по величине от аналогичного между атомами кольца.

В рамках этой модели на основе численных методов, а именно, конечно-разностных схем, можно рассчитать, например, функции Грина и матрицы рассеяния для проводников произвольной формы. Но, наряду с этим неоспоримым преимуществом, метод обладает недостатком: шаг сетки а, на которую заменяется реальная структура, должен стремиться к нулю [10] (должно выполняться условие ка —> 0 (к - волновой вектор электрона) для того, чтобы дисперсионное соотношение для дискретной сетки перешло в соответствующее соотношение для непрерывной структуры). Ясно, что для проведения расчетов с хорошей точностью, необходимо решить систему очень большого количества уравнений, число которых равно числу точек аппроксимации (узлов сетки). Если же брать небольшое число точек, то эта схема будет работать только для области малых энергий. Также следует отметить, что результат в этой модели зависит от числа точек, которыми аппроксимируется примесь.

Для описания возмущений в системах также используют модели, явно учитывающие геометрию включений. Здесь следует отметить работы [5,12, 13], в которых рассеиватели моделировались потенциальными ямами конечных размеров в соответствующей размерности. Такие модели, естественно, могут успешно применяться, но следует учитывать тот факт, что далеко не каждое возмущение может быть описано простой моделью потенциальной ямы.

Упомянутые выше модели представляют определенный интерес, и позволяют выявить особенности поведения магнитотранспорта и кондаксанса различных структур при наличии примесей. В то же время они имеют и ряд недостатков, о которых было сказано выше.

Имеется еще одна достаточно простая, но очень эффективная модель для описания примесей и дефектов - это модель потенциалов нулевого радиуса [9,14-18]. Подробное описание метода потенциалов нулевого радиуса и целый ряд квантовомеханических задач, допускающих точное решение с применением этого метода, представлено в книге [19]. Основы метода изложены и в книге [20], где, в частности, подробно обсуждается предельный переход от потенциальной ямы конечных размеров к точечному потенциалу. Суть метода в том, что при устремлении радиуса потенциальной ямы к нулю и одновременном увеличении характерной глубины ямы (обратно пропорционально квадрату радиуса ямы) частица будет находиться в основном вне ямы, и ее можно будет рассматривать как свободную, если заменить яму граничным условием в соответствующей точке. Граничное условие задает производную функции (гф) и имеет вид

1 д(гф) ф^Г 1-о= (1) где г — расстояние от частицы до центра потенциальной ямы (г меньше радиуса ямы). Коэффициент а = у/2тЕо/Н2 (Ео — энергия связи) в граничном условии может быть как положительным, так и отрицательным; последнее соответствует случаю, когда нет связанного состояния (яма мелкая). Таким образом, задавая величину и знак параметра см, можно поставить задачу как о связанных состояниях, так и о рассеянии. Величину 2тг/а можно условно назвать мощностью потенциальной ямы. Коэффициент а выражается через так называемую длину рассеяния а по формуле а = 1/а.

Добавление к потенциалу малого радиуса медленно меняющегося потенциала (внешнее поле) не изменяет граничного условия [20]. Поэтому во всех точках пространства, кроме точки, в которой находится яма нулевого радиуса, волновая функция частицы удовлетворяет уравнению Шредингера Нф = Еф, где в гамильтониане Н — Т + У помимо оператора кинетической энергии может присутствовать и некоторый потенциал У(г), не имеющий особенностей в точке нахождения потенциала нулевого радиуса. В [19] показано, что волновая функция электрона в поле потенциала нулевого радиуса и потенциала У {г) с точностью до постоянного множителя совпадает с функцией Грина для уравнения Шредингера с потенциалом У(г). Трехмерная функция

Грина в замкнутой форме может быть найдена для многих важных случаев (например, свободная частица, однородное иоле, кулоновокое поле, поле гармонического осциллятора и некоторые другие).

В случае, когда имеется несколько потенциалов нулевого радиуса, граничное условие на волновую функцию задается не в одной точке, а в нескольких (в точках, где сосредоточены эти потенциалы).

Таким образом, удобство этого метода заключается в том, что возмущение с потенциалом нулевого радиуса задается с помощью граничных условий.

Этот метод имеет ряд преимуществ. Во-первых, этот метод позволяет точно учесть эффекты, связанные с многократным рассеянием (в том числе на бесконечном числе рассеивателей), действие на физические системы различного рода возмущений, которые не являются малыми, и т.д. Во-вторых, метод дает возможность единообразно и аналитически решить как задачу о связанных состояниях, так и о рассеянии. С его помощью можно исследовать как дискретный, так и сплошной спектр. Для многих важных задач квантовой механики, когда обычные приближенные методы неприменимы (или возможность их применения неясна), аналогичные задачи с потенциалом нулевого радиуса оказываются точно разрешимыми.

Многоцентровое точечное взаимодействие в одномерном, двумерном и трехмерном случаях с математической точки зрения подробно рассматривалось в монографии [21].

При описании электронного транспорта в искривленных наноструктурах метод потенциалов нулевого радиуса можно использовать не только с целью моделирования рассеяния на примесях, но и для моделирования рассеяния на точечных контактах. Этот случай может быть реализован на практике, например, когда один из проводников представляет собой зонд атомного силового микроскопа [22,23]. Ясно, что устройство с точечными контактами интересно с теоретической точки зрения, поскольку в этом случае удается получить явные формулы для матрицы рассеяния устройства, которые могут служить основой для понимания и описания результатов, полученных в других, более сложных и реалистичных моделях.

Этот метод широко применялся в физике наноструктур. С его помощью исследовался транспорт при наличии одиночной точечной примеси в различных наноструктурах, таких, как, квазиодномерный канал в 2БЕО в параллельном магнитном поле [24], трехмерное сужение в продольном магнитном поле [25], двумерный канал [26-29]. В [29] теоретически изучалось рассеяние на одиночной примеси в двумерном канале, помещенном в перпендикулярное магнитное поле. В модели потенциалов нулевого радиуса получен явный вид законов дисперсии для углеродной нанотрубки в однородном магнитном ноле без примеси [30], а также баллистический кондактанс квантовой проволоки при наличии нескольких примесей [31]. В [32] рассматривались различные модели, описывающие движение двумерных электронов в магнитном поле при наличии примесей, моделируемых потенциалами нулевого радиуса. В [33,34] из потенциалов нулевого радиуса была построена двумерная решетка. Решетка помещалась в поперечное магнитное поле, поток которого через ячейку решетки рационален. В [33] исследовалась структура спектра в наиболее простом случае, когда элементарная ячейка решетки одноатомная, а поток через элементарную ячейку — четное число. Была найдена функция Грина магнитно-блоховского электрона в двумерной решетке точечных потенциалов, что дало возможность определить спектр этого оператора в случае рационального потока через элементарную ячейку решетки. В [34] была изучена структура спектра Н при произвольном рациональном потоке и для общего случая многоатомной ячейки. В [35] изучено рассеяние на точечных дефектах в 2Б- и ЗО-системах в рамках модели потенциалов нулевого радиуса. Проводимость 2Б электронного газа в квантующем магнитном поле при рассеянии на системе потенциалов нулевого радиуса, моделирующих точечные дефекты, исследовалась в [36]. Именно этот метод используется для моделирования примесей и контактов в диссертации. Отметим, что примеси можно описывать как точечные, если скорость электронов предполагается настолько малой, что длина волны частицы велика по сравнению с радиусом действия поля примеси С/(г), а энергия частицы мала по сравнению с величиной поля внутри этого радиуса [19,37].

Общая характеристика работы

Для того, чтобы правильно интерпретировать результаты экспериментов по изучению физических свойств наноструктур с примесями, необходимо теоретически предсказать какие эффекты могут появляться при внесении примесей в систему. Теоретическое исследование транспорта в наноструктурах является сложной проблемой, особенно, если система обладает кривизной. Влияние примесей на свойства искривленных наноструктур является относительно малоизученным, а большинство теоретических исследований в этой области, как правило, ограничиваются априорным введением матрицы рассеяния и слегка модифицированными стартовыми выражениями, а далее применяются численные методы, которые далеко не всегда позволяют выявить физическую природу различных явлений, а также проанализировать их особенности.

В связи с этим возникает проблема диссертационного исследования:

1. построить математическую модель для описания электронного транспорта в наноструктурах при наличии нескольких короткодействующих примесей; на основе этой модели исследовать электронный транспорт на поверхности квантового цилиндра, в двухтерминальном кольце Аароно-ва-Бома и в цепочке колец;

2. получить удобные для анализа аналитические формулы для кондактанса рассматриваемых наносистем, а также одноэлектронный энергетический спектр для цепочки колец;

3. провести аналитическое и численное исследование зависимости кондактанса наноструктур от параметров систем;

4. создать программы для численного расчета кондактанса кольца и цилиндра и для построения спектра цепочки колец;

5. исследовать влияние расположения контактов на полученные зависимости;

6. исследовать влияние расположения примесей на полученные зависимости;

7. изучить влияние параметров контактов и примесей на электронный транспорт;

8. исследовать влияние внешнего магнитного поля на электронный транспорт в кольцах и цилиндре.

Преимуществом рассматриваемой в работе модели является возможность явного учета влияния положения примесей и контактов, а также их параметров на электронный транспорт рассматриваемых наноструктур. Как показано ниже, асимметрия в положении контактов и наличие примесей оказывает существенное влияние на электронный транспорт и может приводить к возникновению таких эффектов, как резонансы Фано.

Перечислим основные используемые в диссертации методы и подходы. Для исследования транспортных свойств наноструктур используется формализм Ландауэра-Бюттикера [38-42], позволяющий выразить кондак-танс проводника через коэффициенты прохождения электрона через систему. Для построения электронного гамильтониана наноструктуры и определения коэффициентов прохождения электрона в диссертации используется метод, основанный на теории самосопряженных расширений симметрических операторов. Этот метод применен для исследования влияния рассеяния на примесях па электронный транспорт двухтермииального кольца Ааронова-Бома, цепочки колец и квантового цилиндра. В диссертации разработан удобный подход для анализа коэффициента прохождения, основанный на разложении формулы для коэффициента прохождения в ряд Тейлора в окрестности ре-зонансов.

Научная новизна и значимость работы определяется следующими основными результатами теоретического исследования.

1. Построена модель, позволяющая исследовать электронный транспорт в наноструктурах с присоединенными к ним в произвольных точках одномерными проводниками при наличии точечных примесей.

2. На основе этой модели исследован электронный транспорт через кольцо Ааронова-Бома с двумя присоединенными к нему проводниками при наличии точечных примесей. Получены аналитические формулы для коэффициента прохождения электронов в этой системе.

3. Показано, что зависимость коэффициента прохождения электрона через кольцо от энергии носит резонансный характер. Аналитически показано существование асимметричных резонансов Фано в разработанной модели. Найдены положения пиков и нулей резонансов; выражения, связывающие ширины резонансов с параметрами примесей и контактов. Показано, что при определенных положениях примесей наблюдается коллапс резонансов Фано.

4. Исследован электронный транспорт через цепочку одномерных колец при наличии магнитного поля. Найден электронный энергетический спектр для различных моделей соединения колец в цепочку. Изучено влияние параметров контактов между кольцами и соединяющими их одномерными проводниками (длина этих проводников, величина потока магнитного поля через кольца, а также положение контактов) на спектр.

5. Изучен электронный транспорт в квантовом цилиндре при наличии нескольких короткодействующих примесей на его поверхности. Получены аналитические выражения для коэффициента прохождения электрона и кондактанса системы. Исследовано влияние параметров примесей на кондактанс.

6. Разработаны программный комплекс и специальные численные методы для построения энергетического спектра цепочки одномерных колец, а так же программы для построения зависимостей кондактанса двухтер-минального кольца Ааронова-Бома и квантового цилиндра от параметров систем при различном числе примесей.

Характеризуя практическую значимость работы отметим следующее.

1. Методы и модели, используемые в работе, могут быть использованы при исследовании особенностей электронного транспорта в других наноструктурах, содержащих точечные примеси.

2. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными может дать ценную информацию о параметрах электронного энергетического спектра, примесей и контактов.

3. Результаты проведенного анализа резонансной структуры коэффициента прохождения могут быть использованы при разработке новых резонансных наноэлектронных приборов на базе рассматриваемых систем.

4. Результаты изучения зонной структуры в цепочке колец в зависимости от различных параметров системы могут быть использованы для получения структур с наперед заданным энергетическим спектром. Такие образцы нужны, например, для создания фотодетекторов, работающих на основе переходов между минизонами, в различных диапазонах частот.

Апробация результатов работы

Результаты работы докладывались на конференциях и семинарах:

1. Международная конференция "Fundamentals of Electronic Nanosystem" NanoPeter-2010 (St. Petersburg, 2010).

2. VIII российская конференция по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007 г.).

3. VIII и IX всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур и полупроводниковой нано- и онтоэлектронике (Санкт-Петербург, 2006 г., 2007 г.).

4. Всероссийская молодежная научная школа "Материалы нано-, микро- и оптоэлектроники: физические свойства и применение" (Саранск, 2006 г., 2007 г., 2008г., 2009г.).

5. X научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2006 г.).

Публикации

По результатам проведенных исследований опубликовано 12 работ [4354], в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК [43-45].

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Зависимость коэффициента прохождения двухтерминалыюго кольца Ааронова-Бома от энергии электронов носит осцилляционный характер. В присутствии примесей эта зависимость содержит вблизи дискретных энергетических уровней квантового кольца резонансы Фано. Необходимым условием существования резонансов является частичное нарушение симметрии системы. Ширина резонансов существенно зависит от положения точек контактов и примесей.

2. Возможны два механизма исчезновения нулей кондактанса в кольце. Первый механизм — это коллапс резонансов Фано при определенных положениях примесей и значениях магнитного поля. Второй — сдвиг нуля коэффициента прохождения с действительной оси в комплексную плоскость энергий. Коллапс резонансов Фано сопровождается повышением симметрии системы, в то время как второй механизм обусловлен понижением этой симметрии.

3. В общем случае одноэлектронный энергетический спектр цепочки одномерных колец имеет зонную структуру, перекрытия зон не происходит. При определенных условиях в системе имеются дискретные уровни. Параметр взаимосвязи между кольцами определяет ширину запрещенных зон. При отсутствии связи между кольцами разрешенные зоны вырождаются в дискретные уровни изолированного кольца.

4. Зонная структура цепочки колец чувствительна к положению контактов на кольце. При определенных положениях контактов на кольце дискретные уровни могут трансформируются в минизоны.

5. В спектре цепочки колец, соединенных между собой проводниками в не диаметрально противоположных точках, при наличии магнитного поля появляются непрямые запрещенные зоны.

6. Зависимость коидактанса квантового цилиндра от химического потенциала носит ступенчатый характер. Примесь приводит к появлению провалов, связанных с резонансным рассеянием на виртуальном уровне. Глубина провалов зависит от длины рассеяния примеси. При наличии двух и более примесей на зависимости G([i) имеются резонансы Фано. При определенных положениях примесей и значении магнитного поля происходит коллапс резонансов Фано. Кроме коллапса возможен второй механизм исчезновения резонанса — его сглаживание при соответствующих условиях.

7. При наличии двух примесей на одной образующей цилиндра на малом расстоянии друг от друга, зависимость кондактанса от химического потенциала подобна случаю одной примеси. Если расстояние между примесями много больше радиуса цилиндра, то интерференция электронных волн, рассеянных на разных примесях, приводит к появлению осцилля-ций на зависимости G(fi).

8. Программные комплексы, разработанные для решения поставленных задач:

• программа, написанная на языке Pascal, для численного исследования зависимости коэффициента прохождения двухтерминального кольца от параметров системы при наличии нескольких примесей,

• программный комплекс, разработанный на языке TurboDelphi, для расчета и построения спектра и кондактанса цепочки одномерных колец,

• программа, написанная на языке Pascal, для численного исследования зависимости кондактанса квантового цилиндра от параметров системы при наличии нескольких примесей.

9. Численные методы, разработанные для расчета спектра и кондактанса цепочки одномерных колец.

Личный вклад автора в работу заключается в участии в решении поставленных задач и интерпретации полученных результатов. Численный анализ проведен автором самостоятельно.

Изложение диссертационных исследований построено следующим образом.

В Главе 1 приводится литературный обзор наиболее важных работ, сделанных в области диссертационного исследования.

В Главе 2 построена модель одномерного двухтерминального кольца Ааронова-Бома при наличии на нем нескольких короткодействующих рас-сеивателей и с помощью этой модели исследован электронный транспорт в системе. Для моделирования рассеивателей и точек контактов используется теория потенциалов нулевого радиуса. Получено выражение для кондактанса системы в зависимости от энергии электрона, потока магнитного поля через кольцо и положения рассеивателей для общего случая N примесей. Подробно рассмотрены случаи рассеяния электронов на одной и двух примесях. Получены аналитические выражения для амплитудного коэффициента прохождения в этих случаях. Показано, что зависимость коэффициента прохождения от энергии электрона содержит асимметричные резонансы Фано. Изучено поведение резонансов в зависимости от положения примесей и величины магнитного поля. Выявлены условия возникновения резонансов. Показано, что при определенных параметрах системы может происходить коллапс резонансов Фано.

Глава 3 посвящена получению и исследованию электронного энергетического спектра и кондактанса периодической структуры, состоящей из одномерных колец Ааронова-Бома, соединенных между собой одномерными проводниками. Контакты колец с проводниками моделируются с помощью потенциалов нулевого радиуса. Исследованы случаи различной геометрии соединения колец. Получены дисперсионные соотношения. Изучено влияние положения контактов, длины проводников, соединяющих кольца, а также величины потока магнитного поля через кольцо на структуру энергетического спектра и кондактанс. Установлена возможность и условия существования непрямых запрещенных зон.

В Главе 4 изучается электронный транспорт квантового цилиндра при наличии нескольких короткодействующих примесей на его поверхности. Получена явная формула для кондактанса системы при нулевой температуре. Подробно рассмотрены случаи одной и двух примесей. Показано, что наличие точечных возмущений приводит к появлению провалов в кондактансе, связанных с резонансным рассеянием электронов. В случае одной примеси глубина провала равна одному кванту кондактанса, а его положение зависит от силы точечного потенциала. Интерференция электронных волн, рассеянных на разных примесях, приводит к появлению осцилляций на зависимости кондактанса от химического потенциала.

В Заключении приводится краткая сводка основных результатов диссертационной работы.

В Приложениях приводится листинг программ, разработанных для численных расчетов кондактанса и спектра рассматриваемых систем.

Автор выражает свою глубокую благодарность научному руководителю В.А. Маргулису за неоценимую помощь при подготовке кандидатской диссертации, а также М.А. Пятаеву за консультации и помощь в расчетах.

Обозначения

В - вектор индукции магнитного поля с - скорость света в вакууме е - заряд электрона т - магнитное квантовое число то - масса свободного электрона т* - эффективная масса электрона

Н - постоянная Планка

Фо = 2-ксН/\е\ - квант магнитного потока

1 - химический потенциал к = \/2т*Е/К - волновое число электрона

Ер - энергия Ферми о(Е) = 1/(1+ехр[(£'—/¿)/Г]) - функция распределения Ферми-Дирака £ - амплитудный коэффициент прохождения Т - энергетический коэффициент прохождения С0 = 2е2//г - квант кондактанса

Основные результаты исследований:

1. Показано, что зависимость коэффициента прохождения от энергии электронов для двухтерминального кольца носит осцилляционный характер. В присутствии примесей эта зависимость содержит вблизи дискретных энергетических уровней квантового кольца резонансы Фано. Необходимым условием существования резонансов является частичное нарушение симметрии системы либо с помощью несимметричного расположения контактов, либо с помощью примесей, либо с помощью магнитного поля. Резонансы возникают в результате взаимодействия распространяющихся электронных волн с локализованными состояниями дискретного спектра при совпадении их энергий. Найдено выражение для ширины резонансов, которое показывает, что она существенно зависит от положения точек контактов и примесей.

2. Установлено, что возможны два механизма исчезновения нулей кондак-танса. Первый механизм — это коллапс резонансов Фано при определенных положениях примесей и значениях магнитного поля. При этом полюс амплитуды рассеяния спускается с комплексной плоскости энергий на действительную ось в точку нахождения нуля коэффициента прохождения. При этом мнимая часть комплексной энергии, определяющая ширину резонанса, стремится к нулю. В этом случае уменьшается ширина резонансов Фано, а их глубина остается неизменной.

3. Установлено, что в системе возможен другой механизм исчезновения пулей коэффициента прохождения, при котором нуль сдвигается с действительной оси в комплексную плоскость энергий. В этом случае уменьшается не ширина, а глубина соответствующего провала. Отметим, что коллапс резонансов Фано, сопровождается повышением симметрии системы, в то время как, при сдвиге нулей в комплексную плоскость симметрия понижается.

4. Исследована зонная структура цепочки одномерных колец при наличии магнитного поля, перпендикулярного плоскости колец. В общем случае спектр цепочки колец имеет зонную структуру, перекрытия зон не происходит. В системе имеются дискретные уровни вблизи уровней изолированного кольца. Они соответствуют локализованным на кольцах электронам. При уменьшении параметра связи между кольцами ширина запрещенных зон растет и в пределе разрешенные зоны вырождаются в дискретные уровни изолированного кольца. При этом они становятся двукратно вырожденными.

5. Показано, что зонная структура чувствительная к положению контактов на кольцах. Если кольца имеют между собой непосредственный контакт в диаметрально противоположных точках, то дискретные уровни существуют вне зависимости от магнитного поля. При зигзагообразном соединении колец в цепочку без проводников дискретные уровни есть, но часть из них может пропадать при соединении колец в определенных точках. Если кольца соединены в диаметрально противоположных точках проводниками, то дискретные уровни в присутствии магнитного поля трансформируются в узкие минизоны.

При недиагональном подключении проводников к кольцу (в элементарной ячейке цепочки колец, соединенных между собой проводниками) дискретные уровни изолированного кольца трансформируются в мини-зоны и в отсутствии магнитного поля. При наличии магнитного поля в такой цепочке из-за отсутствия в системе инверсной симметрии зависимость энергии от квазиимпульса становится асимметричной, появляются дополнительные непрямые запрещенные зоны.

6. Показано, что зависимость кондактанса квантового цилиндра от химического потенциала имеет ступенчатый характер. Примесь приводит к появлению провалов, связанных с резонансным рассеянием на виртуальном уровне. Глубина провалов зависит от длины рассеяния примеси. При наличии двух и более примесей на зависимости кондактанса от химического потенциала имеются резонансы Фано. Коллапс резонансов в коэффициенте прохождения электрона происходит при нахождении примесей на противоположных образующих цилиндра в одном сечении в отсутствие магнитного поля. Кроме коллапса существует второй механизм исчезновения резонанса — трансформация резонанса в провал путем сглаживания его экстремумов при увеличении расстояния между примесями вдоль оси цилиндра.

7. Установлено, что при наличии двух примесей на одной образующей цилиндра на малом расстоянии друг от друга, зависимость кондактанса от химпотенциала подобна случаю одной примеси. Если расстояние между примесями много больше радиуса цилиндра, то интерференция электронных волн, рассеянных на разных примесях, приводит к появлению осцилляций на зависимости

Заключение

В работе проведены теоретические исследования влияния короткодействующих примесей, моделируемых потенциалами нулевого радиуса, на электронный транспорт квазиодномерных наноструктур таких как однослойная нанотрубка, двухтерминальное кольцо Ааронова-Бома и цепочка колец. Для этого были использованы математические модели тонкого цилиндра и одномерного кольца. Получены явные аналитические выражения, удобные для анализа, для кондактанса квантового цилиндра и кольца, и дисперсионные соотношения для цепочек колец. Разработаны программы для численного исследования зависимостей кондактанса квантового цилиндра и кольца Ааронова-Бома от параметров систем при различном числе примесей, а так же программный комплекс и специальные численные методы для построения одноэлектронного энергетического спектра цепочки одномерных колец с различным типом соединения.

1. von Klitzing К. New method for high-accuracy determination of the fine-structure constant based on quantized Hall resistance / K. von Klitzing,

2. G. Dorda, M. Pepper // Phys. Rev. Lett. 1980. - V. 45.- P. 494.

3. Tsui D. C. Two-dimensional magnetotransport in the extreme quantum limit / D. C. Tsui, H. L. Stormer, A. C. Gossard // Phys. Rev. Lett. — 1982,-V. 48.-P. 1559.

4. Ким Ч. С. Туинелироваиие через дискретные уровни в континууме / Ч. С. Ким, А. М. Сатанин // ЖЭТФ. 1999. - Т. 115,- С. 211.

5. Gôres J. Fano resonances in electronic transport through a single-electron transistor / J. Gôres, D. Goldhaber-Gordon, S. Heemeyer, M. A. Kastner,

6. H. Shtrikman, D. Mahalu, U. Meirav // Phys. Rev. В. 2000.- V. 62.-P. 2188.

7. Гейлер В. А. Квантовое кольцо в магнитном поле и выпрямитель, основанный на квантовой интерференции / В. А. Гейлер, И. Ю. Попов // Письма в ЖЭТФ. 2001. - Т. 27. - С. 7.

8. Pavlov В. S. Possible construction of a quantum multiplexer / В. S. Pavlov, I. Y. Popov, V. A. Geyler, O. S. Pershenko // Europhys. Lett. — 2000,— V. 52.-P. 196.

9. Datta S. Electronic transport in mesoscopic systems / S. Datta.— Cambridge, United Kingdom: Cambridge Univ. Press, 1995. — 377 pp.

10. Davidovich M. A. Bohm-Aharonov and Kondo effects on tunneling currents in a mesoscopic ring / M. A. Davidovich, E. V. Anda, J. R. Iglesias, G. Chiappe // Phys. Rev. В. 1997.- V. 55.

11. Ким Ч. С. Коллапс резонансов в квазиодномерных квантовых каналах / Ч. С. Ким, А. М. Сатанин, Ю. С. Джо, Р. М. Косби // ЖЭТФ. 1999. -Т. 116.-С. 263.

12. Ким Ч. С. Интерференция квантовых состояний в электронных волноводах с примесями / Ч. С. Ким, О. Н. Рознова, А. М. Сатанин,

13. B. Б. Штенберг // ЖЭТФ. 2002.- Т. 121,- С. 1157.

14. Гейлер В. А. Баллистический транспорт в наноструктурах: явнорешае-мые модели / В. А. Гейлер, И. Ю. Попов // ТМФ. 1996,- Т. 107. —1. C. 12.

15. Geiler V. A. Localization in a periodic system of the Aharonov-Bohm rings / V. A. Geiler, A. V. Popov // Reps. Math. Phys. 1998. - V. 42.- P. 347.

16. Exner P. A single-mode quantum transport in serial-structure geometric scattering / P. Exner, M. Tater, D. Vanek // J. Math. Phys.— 2001.— V. 42. P. 4050.

17. Гейлер В. А. Резонансное туннелирование через двумерную наноструктуру с присоединенными проводниками / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис, М. А. Пятаев // ЖЭТФ. 2003. - Т. 124. - С. 851.

18. Brüning J. Scattering on compact manifolds with infinitely thin horns / J. Brüning, V. A. Geyler //J. Math. Phys. 2003. - V. 44. - P. 371.

19. Демков Ю. H. Метод потенциалов нулевого радиуса в атомной физике / Ю. Н. Демков, В. Н. Островский. — Ленинград: Изд-во Ленингр. ун-та, 1975. 240 с.

20. Базь А. И. Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике / А. И. Базь, . Б. Зельдович, А. М. Переломов. — М.: Наука, 1966. — 340 с.

21. Альбеверио С. Решаемые задачи в квантовой механике / С. Альбеверио, Ф. Гестези, Р. Хёэг-Крон, X. Холден, — М.: Мир, 1991. — 568 с.

22. Bachtold A. Scanned probe microscopy of electronic transport in carbon nanotubes / A. Bachtold, M. S. Fuhrer, S. Plyasunov, M. Forero, E. H. Anderson, A. Zettl, P. L. McEuen // Phys. Rev. Lett.— 2000.— V. 84. P. 6082.

23. Yaish Y. Electrical nanoprobing of semiconducting carbon nanotubes using an atomic force microscope / Y. Yaish, J. Y. Park, S. Rosenblatt, V. Sazonova, M. Brink, P. L. McEuen // Phys. Rev. Lett. — 2004. — V. 92. — P. 046401.

24. Гейлер В. А. Баллистический кондактанс квазиодномерной микроструктуры в параллельном магнитном поле / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис // ЖЭТФ. 1997. - Т. 111. - С. 2215.

25. Галкин Н. Г. Квазибаллистический электронный транспорт в трехмерном микросужении / Н. Г. Галкин, В. А. Гейлер, В. А. Маргулис // ЖЭТФ. 2000. - Т. 118. - С. 223.

26. Левинсон М. Б. Impurity-assisted tunneling in a quantum ballistic microconstriction / M. Б. Левинсон, M. И. Любин, E. В. Сухоруков // Письма в ЖЭТФ. 1991. - Т. 54. - С. 405.

27. Levinson Y. В. Short-range impurity in a saddle-point potential: Conductance of a microjunction / Y. B. Levinson, M. B. Lubin, E. V. Sukhorukov // Phys. Rev. В. 1992,- V. 45,- P. 11936.

28. Гейлер В. А. Рассеяние на одиночной примеси в квантовом канале, помещенном в магнитном поле / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис, И. И. Чу-чаев // Письма в ЖЭТФ. 1993. - Т. 58. - С. 668.

29. Sukhorukov Е. V. Short-range impurity in a magnetic field: The conductance of a narrow channel / E. V. Sukhorukov, M. I. Lubin, C. Kunze, Y. Levinson // Phys. Rev. В. 1994,-V. 49,- P. 17191.

30. Гейлер В. Плотность состояний для углеродных нанотрубок в однородном магнитном поле / В. Гейлер, О. Костров, В. Маргулис // ФТТ.— 2002. Т. 44. - С. 449.

31. Гейлер В. А. Проводимость квантовой проволоки в продольном магнитном поле / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис, JI. И. Филина // ЖЭТФ,— 1998.-Т. ИЗ.-С. 1376.

32. Гейлер В. А. Плотность состояний 2D электронов при наличии магнитного поля и случайного потенциала в точно решаемых моделях / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис // ЖЭТФ. 1989. - Т. 95.- С. 1134.

33. Гейлер В. А. Спектр магнитно-блоховского электрона в двумерной решетке / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис // ТМФ. 1984. - Т. 58. - С. 461.

34. Гейлер В. А. Структура спектра магнитно-блоховского электрона в двумерной решетке / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис // ТМФ.— 1984,— Т. 61.-С. 140.

35. Гейлер В. А. Рассеяние носителей заряда на точечных дефектах в полупроводниковых структурах / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис, И. И. Чу-чаев // ФТТ. 1995. - Т. 37. - С. 837.

36. Гейлер В. А. Проводимость электронного газа в квантующем магнитном поле при рассеянии на точечных дефектах / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис, И. В. Чудаев, И. И. Чучаев // ЖЭТФ. 1995. - Т. 107.- С. 187.

37. Ландау JI. Д. Теоретическая физика. Т. III. Квантовая механика (нерелятивистская теория) / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. — М.: Наука, 1989. 768 с.

38. Laundauer R. Spatial variation of currents and fields due to localized scatterers in metallic conduction / R. Laundauer // IBM J. Res. Dev.— 1957,-V. l.-R 223.

39. Шарвин Ю. В. Об одном возможном методе исследования поверхности Ферми / Ю. В. Шарвин // ЖЭТФ. 1965. - Т. 48,- С. 984.

40. Laundauer R. Electrical resistance of disordered one-dimensional lattices / R. Laundauer // Philos. Mag. 1970.-V. 21.- P. 863.

41. Laundauer R. Spatial variation of currents and fields due to localized scatterers in metallic conduction / R. Laundauer // IBM J. Res. Dev.— 1988.-V. 32.-P. 306.

42. Biittiker M. Four-terminal phase-coherent conductance / M. Biittiker // Phys. Rev. Lett. 1986. - V. 57. - P. 1761.

43. Kokoreva M. A. Electron transport in a two-terminal Aharonov-Bohm ring with impurities / M. A. Kokoreva, V. A. Margulis, M. A. Pyataev // Physica E. — 2011. — V. 43.-P. 1610.

44. Кокорева M. А. Электронный транспорт в квантовом цилиндре при наличии точечных примесей на его поверхности / М. А. Кокорева, В. А. Маргулис, М. А. Пятаев // "Известия ВУЗов. Поволжский регион. Физико-математические науки". — 2011. — № 1(17). — С. 87.

45. Кокорева М. А. Резонансы Фано в электронном транспорте через квантовое кольцо с примесями / М: А. Кокорева, В. А. Маргулис, М. А. Пятаев // "Известия ВУЗов. Поволжский регион. Физико-математические науки". 2010. - № 1(13). - С. 109-125.

46. Pyataev М. A. Spectral and transport properties of periodic arrays of nanorings and nanospheres / M. A. Pyataev, M. A. Kokoreva // Advanced

47. Research Workshop "Fundamentals of Electronic Nanosystem" NanoPeter-2010. Abstracts. — St. Petersburg, Russia: June 26-July 2, 2010. — P. 68.

48. Демиховский В. Я. Физика квантовых низкоразмерных структур / В. Я. Демиховский, Г. А. Вугалтер. — М.: Логос, 2000. — 248 с.

49. Fertig H. A. Transmission coefficient of an electron through a saddle-point potential in a magnetic field / H. A. Fertig, В. I. Halperin // Phys. Rev. В.- 1987.-V. 36.-P. 7969.

50. Biittiker M. Quantized transmission of a saddle-point constriction / M. Biittiker // Phys. Rev. B. 1990. - V. 41. - P. 7906.

51. Bogachek E. N. Magnetocohesion of nanowires / E. N. Bogachek, A. G. Scherbakov, U. Landman // Phys. Rev. В.— 2000.- V. 62.— P. 10467.

52. Kim С. S. Tunneling through a quantum channel with impurities: An exactly solvable model / C. S. Kim, A. M. Satanin // Physica E. — 1999. — V. 4. — P. 211.

53. Ким Ч. С. Резонансы Фаио и локализация электронов в гетеробарье-рах / Ч. С. Ким, А. М. Сатанин, В. Б. Штенберг // ЖЭТФ.— 2000. — Т. 118.-С. 413.

54. Fano U. Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts / U. Fano // Phys. Rev. B. 1961. - V. 104. - P. 1866.

55. Nockel J. U. Resonances in quantum-dot transport / J. U. Nockel // Phys. Rev. B. 1992. - V. 46. - P. 15348.

56. Clerk A. A. Fano resonances as a probe of phase coherence in quantum dots / A. A. Clerk, X. Waintal, P. W. Brouwer // Phys. Rev. Lett. — 2001. — V. 86. P. 4636.

57. Mailly D. Experimental observation of persistent currents in a GaAs — AlGaAs single loop / D. Mailly, C. Chapelier, A. Benoit // Phys. Rev. Lett. 1993. - V. 70. - P. 2020.

58. Pedersen S. Observation of quantum asymmetry in an Aharonov-Bohm ring / S. Pedersen, A. E. Hansen, A. Kristensen, С. B. S0rensen, P. E. Lindelof // Phys. Rev. B. 2000. - V. 61. - P. 5457.

59. Liu J. Correlations between Aharonov-Bohm effects and one-dimensional subband populations in GaAs /AlxGa\-xAs / J. Liu, W. X. Gao, K. Ismail, K. Y. Lee, J. M. Hong, S. Washburn // Phys. Rev. В. 1993,- V. 48.-P. 15148.

60. Быков А. А. Транспортные свойства кольцевого GaAs/AlGaAs интерферометра в туннельном режиме / А. А. Быков, Д. Г. Бакшсев, JI. В. Литвин, и др. // Письма в ЖЭТФ. 2000. — Т. 71. - С. 631.

61. Chandrasekhar V. Magnetic response of a single, isolated gold loop / V. Chandrasekhar, R. A. Webb, M. J. Brady, M. B. Ketchen,

62. W. J. Gallagher, A. Kleinsasser // Phys. Rev. Lett.— 1991,— V. 67.— P. 3578.

63. Liu J. Cyclotron trapping, mode spectroscopy, and mass enhancement in small GaAs/AlxGa\-xAs rings / J. Liu, K. Ismail, K. Y. Loe, J. M. Hong, S. Washburn // Phys. Rev. В. 1993,- V. 47.- P. 13039.

64. Kobayashi K. Tuning of the Fano effect through a duantum dot in an Aharonov-Bohm interferometer / K. Kobayashi, H. Aikawa, S. Katsumoto, Y. Iye // Phys. Rev. Lett. 2002. - V. 88. - P. 256806.

65. Kobayashi K. Fano resonance in a quantum wire with a side-coupled quantum dot / K. Kobayashi, H. Aikawa, A. Sano, S. Katsumoto, Y. Iye // Phys. Rev. B. 2004. - V. 70. - P. 035319.

66. Yacoby A. Coherence and phase sensitive measurements in a quantum dot / A. Yacoby, M. Heiblum, D. Mahalu, H. Shtrikman // Phys. Rev. Lett.— 1995. V. 74. - P. 4047.

67. Ryu C. Phase evolution of the transmission coefficient in an Aharonov-Bohm ring with Fano resonance / C. Ryu, S. Y. Cho // Phys. Rev. В. — 1998.— V. 58. P. 3572.

68. Баграев Н. Т. Интерференция носителей тока в одномерных полупроводниковых кольцах / Н. Т. Баграев, А. Д. Буравлев, В. К. Иванов, и др. // ФТП. 2000. - Т. 34. - С. 846.

69. Meir V. Magnetic-field and spin-orbit interaction in restricted geometries: Solvable models / V. Meir, O. Entin-Wolfman, Y. Gefen // Phys. Rev. В.— 1990.-V. 42.-P. 8351.

70. Margulis V. A. Magnetic response of an electron gas in a quantum ring of non-zero width / V. A. Margulis, A. V. Shorokhov, M. P. Trushin // Physica E. — 2001. — V. 10.-P. 518.

71. Chakraborty T. Interacting-electron states and the persistent currents in a quantum ring / T. Chakraborty, P. Pietilainen // Solid State Commun. — 1993.-V. 87.-P. 809.

72. Tan W.-C. Magnetization, persistent currents, and their relation in quantum rings and dots / W.-C. Tan, J. Inkson // Phys. Rev. В. 1999,- V. 60.— P. 5626.

73. Chakraborty T. Electron-electron interaction and the persistent current in a quantum ring / T. Chakraborty, P. Pietilainen // Phys. Rev. B. — 1994. — V. 50. P. 8460.

74. Simonin J. Single-particle electronic spectra of quantum rings: A comparative study / J. Simonin, C. R. Proetto, Z. Barticevic, G. Fuster // Phys. Rev. B. 2004. - V. 70. - P. 205305.

75. Kim N. Electronic structure of a magnetic quantum ring / N. Kim, G. Ihm, H.-S. Sim, K. J. Chang // Phys. Rev. В. 1999.- V. 60,- P. 8767.

76. Feng J. S. Spin-orbital splitting in semiconductor qyantum dots with a two-dimensional ring model / J. S. Feng, Z. Liu // Chin. Phys. Lett. — 2009.— V. 26. P. 080305.

77. Avishai Y. Persistent currents and edge states in a magnetic field / Y. Avishai, Y. Hatsngai, M. Kohmoto // Phys. Rev. В. 1993.- V. 47.— P. 9501.

78. Pichugin К. N. Aharanov-Bohm oscillations of conductance in two-dimensional rings / K. N. Pichugin, A. F. Sadreev // Phys. Rev. B. — 1997. V. 56. - P. 9662.

79. Gefen Y. Quantum oscillations and the Aharonov-Bohm effect for parallel resistors / Y. Gefen, Y. Imry, M. Y. Azbel // Phys. Rev. Lett. — 1984.— V. 52. P. 129.

80. Biittiker M. Quantum oscillations in one-dimensional normal-metal rings / M. Biittiker, Y. Imry, M. Y. Azbel // Phys. Rev. A.- 1984,- V. 30.— P. 1982.

81. Xia J. B. Quantum wavequide theory for mesoscopic structures / J. B. Xia // Phys. Rev. B. 1992. - V. 45. - P. 3593.

82. Гейлер В. А. Транспорт в двухтерминальном кольце Ааронова-Бома /

83. B. А. Гейлер, В. В. Демидов, В. А. Маргулис // ЖТФ. 2003. - Т. 73. —1. C. 1.

84. Брюнинг Й. Транспортные свойства двухарочных интерферометров Ааронова-Бома с центрами рассеяния / Й. Брюнинг, В. А. Гейлер, В. В. Демидов, JI. А. Чернозатонский // Russian Journal of Mathematical Physiscs. 2007. - T. 14. - С. 417.

85. Li J. Resonant transport properties of tight-binding mesoscopic rings / J. Li, Z. Q. Zhang, Y. Liu // Phys. Rev. B. 1997. - V. 55. - P. 5337.

86. Voo К. K. Fano resonance in transport through a mesoscopic two-lead ring / К. K. Voo, C. S. Chu // Phys. Rev. В. 2005.- V. 72.- P. 165307.

87. Vargiamidis V. Fano resonance and persistent current in mesoscopic open rings: Influence of coupling and Aharonov-Bohm flux / V. Vargiamidis, H. M.Polatoglou // Phys. Rev. В. 2006.-V. 74,- P. 235323.

88. D'Amato J. L. Half-integer and integer quantum-flux periods in the magnetoresistance of one-dimensional rings / J. L. D'Amato, H. M. Pastawski, J. F. Weisz // Phys. Rev. В. — 1989,- V. 39.- P. 3554.

89. Orella P. A. Conductance and persisreny current of a quantum ring coupled to a quantum wire under external fields / P. A. Orella, M. L. L. de Guevara, M. Pacheco, A. Latge // Phys. Rev. В. 2003,-V. 68.- P. 195321.

90. Jana S. Bohm-Aharonov ring with a side-coupled atomic cluster: Magnetotransport and the selective swithing effect / S. Jana, A. Chakrabarti // Phys. Rev. B. 2008. - V. 77. - P. 155310.

91. Nakanishi T. Theory of Fano effects in an Aharonov-Bohm ring with a quantum dot / T. Nakanishi, K. Terakura, T. Ando // Phys. Rev. В.— 2004.-V. 69.-P. 115307.

92. Chakraborty T. Persistent currents in a quantum ring: Effects of impurities and interactions / T. Chakraborty, P. Pietilainen // Phys. Rev. B. — 1995. — V. 52. P. 1932.

93. Павлов В. С. Теория расширений и явно решаемые модели / Б. С. Павлов // УМН. 1987. - Т. 42. - С. 99.

94. Kouwenhoven L. P. Transport through a finite one-dimensional crystal / L. P. Kouwenhoven, F. W. Hekking, B. J. van Wees, C. J. P. M. Harmans, С. E. Timmering, С. T. Foxon // Phys. Rev. Lett. 1990. - V. 65. - P. 361.

95. Umbach C. P. Direct observation of ensemble averaging of the Aharonov-Bohm effect in normal-metal loops / C. P. Umbach, С. V. Haesendonck, R. B. Laibowitz, S. Washburn, R. A. Webb // Phys. Rev. Lett. — 1986,— V. 56. P. 386.

96. Rabaud W. Persistent currents in mesoscopic connected rings / W. Rabaud, L. Saminadayar, D. Mailly, K. Hasselbach, A. Benoit, B. Etienne // Phys. Rev. Lett. 2001. - V. 86. - P. 3124.

97. Ulloa S. E. Ballistic transport in a novel one-dimensional superlattice / S. E. Ulloa, E. C. no, G. Kirczenow // Phys. Rev. B.- 1990,- V. 41.— P. 12350.

98. Park W. Analysis of coherent current flows in the multiply connected open Aharonov-Bohm rings / W. Park, J. Hong // Phys. Rev. B.— 2004.— V. 69.-P. 035319.

99. Yi J. Giant persistent currents in the open Aharonov-Bohm rings / J. Yi, J. H. Wei, J. Hong, S.-I. Lee // Phys. Rev. B. 2001. - V. 65. - P. 033305.

100. Shin D. Momentum filtering by photon-assisted tunneling in a connected Aharonov-Bohm ring / D. Shin, J. Hong // Phys. Rev. B. — 2005. — V. 72. — P. 113307.

101. Takai D. Quantum oscillation in multiply connected mesoscopic rings at finite temperature / D. Takai, K. Ohta // Phys. Rev. B. 1994. — V. 50. — P. 2685.

102. Takai D. Quantum oscillation and the Aharonov-Bohm effect in a multiply connected normal-conductor loop / D. Takai, K. Ohta // Phys. Rev. B. — 1994. V. 50. - P. 18250.

103. Deo P. S. Quantum waveguide transport in serial stub and loop structures / P. S. Deo, A. M. Jayannavar // Phys. Rev. B. 1994. - V. 50. - P. 11629.

104. Gao Y. F. Effect of connected multi-ring impurity scattering on quantum transport / Y. F. Gao, Y. P. Zhang // Chin. Phys. Lett. 2005. - V. 22. — P. 1045.

105. Xue H. B. Electronic transport through a periodic array of quantum-dot rings / H. B. Xue, H. Y. Zhang, Y. H. Nie, Z. J. Li, J. Q. Liang // Chin. Phys. B. 2010. - V. 19. - P. 047303.

106. Brum J. A. Electronic properties of quantum-dot superlattices / J. A. Brum // Phys. Rev. B.- 1991.- V. 43.- P. 12082.

107. Stehr D. Resosnant impurity bands in semiconductor superlattices / D. Stehr, C. Metzner, M. Helm, T. Roch, G. Strasser // Phys. Rev. Lett.— 2005,-V. 95.-P. 257401.

108. Chakrabarti A. Magnetotransport in a periodic and quasiperiodic arrays of mesoscopic rings / A. Chakrabarti, R. A. Römer, M. Schreiber // Phys. Rev. В. 2003. - V. 68. - P. 195417.

109. Магарилл JT. И. Баллистический транспорт и спин-орбитальное взаимодействие двумерных электронов на цилиндрической поверхности / Л. И. Магарилл, Д. А. Романов, А. В. Чаплик // ЖЭТФ,— 1998. — Т. 113.- С. 1411.

110. Chaplik А. V. Ballistic transport and spin-orbit interaction of 2D electrons on cylindrical surface / A. V. Chaplik, L. I. Magarill, D. A. Romanov // Physica B. 1998. - V. 249. - P. 377.

111. Prinz V. Y. Free-standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelices and their arrays / V. Y. Prinz, V. A. Seleznev, A. K. Gutakovsky, A. V. Chehovskiy, V. V. Preobrazhenskii, M. A. Putyato, T. A. Gavrilova // Physica E. 2000. - V. 6. - P. 828.

112. Prinz V. Y. Precise semiconductor nanotubes and nanocorrugated quantum system / V. Y. Prinz // Physica E. 2004. - V. 24. - P. 54.

113. Vorob'ev A. B. Magnetotransport properties of two-dimensional electron gas on cylindrical surface / A. B. Vorob'ev, V. Y. Prinz, Y. S. Yykecheva, A. I. Toropov // Physica E.- 2004,- V. 23,- P. 171.

114. Frank S. Carbon nanotube quantum resistors / S. Frank, P. Poncharal, Z. L. Wang, W. A. de Heer // Science. 1998. - V. 280.- P. 1744.к

115. Kim J. Fano Resonance in Crossed Carbon Nanotubes / J. Kim, J. R. Kim, L. Jeong-O., J. W. Park, H. M. So, N. Kim, K. Kang, K. H. Yoo, J. J. Kim // Phys. Rev. Lett. 2003. - V. 90. - P. 166403.

116. Babic B. Observation of Fano resonances in single-wall B. Babic, C. Schönenberger // Phys. Rev. B. 2004. - V. 70. - P. 195408.

117. Fuhrer M. S. Crossed Nanotube Junction / M. S. Fuhrer, J. N. rd, L. Shih, M. Forero, Y.-G. Yoon, M. S. C. Mazzoni, H. J. Choi, J. Ihm, S. G. Louie, A. Zettl, P. L. McEuen // Science. 2000. - V. 288. - P. 494.

118. Zhou C. Modulated Chemical Doping of Individual Carbon Nanotubes / C. Zhou, J. Kong, E. Yenilmez, H. Dai // Sciencc.— 2000.— V. 290,— P. 1552.

119. Tans S. J. Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube / S. J. Tans, A. R. M. Verschueren, C. Dekker // Nature. 1998. — V. 393. — P. 49.

120. Appenzeller J. Multimode Transport in Schottky-Barrier Carbon-Nanotube Field-Effect Transistors / J. Appenzeller, J. Knoch, M. Radosavljevic, P. Avouris // Phys. Rev. Lett. 2004. - V. 92. - P. 226802.

121. Nardelli M. B. Electronic transport in extended systems: Application to carbon nanotubes / M. B. Nardelli // Phys. Rev. B.— 1999.— V. 60.— P. 7828.

122. Choi H. J. Exact solutions to the tight-binding model for the conductance of carbon nanotubes / H. J. Choi, J. Ihm // Solid State Commun. — 1999. — V. 111.-P. 385.

123. Anantram M. P. Transmission through carbon nanotubes with polyhedral caps / M. P. Anantram, T. R. Govindan // Phys. Rev. B. 2000. - V. 61. — P. 5020.

124. Dag S. Theoretical study of crossed and parallel carbon nanotube junctions, three-dimensional grid structures / S. Dag, R. T. Senger, S. Ciraci // Phys. Rev. B. 2004. - V. 70. - P. 205407.

125. Sanvito S. Fractional Quantum Conductance in Carbon Nanotubes / S. Sanvito, Y. K. Kwon, D. Tomanek, C. J. Lambert // Phys. Rev. Lett.— 2000. V. 84. - P. 1974.

126. Uryu S. Electronic states and quantum transport in double-wall carbon nanotubes / S. Uryu // Phys. Rev. B. 2004. - V. 69. - P. 075402.

127. Chibotaru L. F. Electron transmission through atom-contacted carbon nanotubes / L. F. Chibotaru, S. Compernolle, A. Ceulemans // Phys. Rev. B. 2003. - V. 68. - P. 125412.

128. Ando T. Theory of transport in carbon nanotubes / T. Ando // Semicond. Sci. Technol. 2000. - V. 15. - P. R13.

129. Kong J. Quantum Interference and Ballistic Transmission in Nanotube Electron Waveguides / J. Kong, E. Yenilmez, T. W. Tombler, W. Kim, H. Dai, R. B. Laughlin, L. Liu, C. S. Jayanthi, S. Y. Wu // Phys. Rev. Lett. 2001. - V. 87. - P. 106801.

130. Wakabayashi K. Electronic transport properties of nanographite ribbon junctions / K. Wakabayashi // Phys. Rev. B. 2001. — V. 64. - P. 125428.

131. Roche S. Aharonov-Bohm spectral features and coherence lengths in carbon nanotubes / S. Roche, G. Drasselhaus, M. S. Drasselhaus, R. Saito // Phys. Rev. B. 2000. - V. 62. - P. 16092.

132. Lin M. F. Magnetization of graphene tubules / M. F. Lin, K. W. K. Shung // Phys. Rev. B. 1995. - V. 52. - P. 8423.

133. Galkin N. G. Thermopower of Carbon Nanotubes in a Magnetic Field / N. G. Galkin, V. A. Margulis, A. V. Shorokhov // Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. — 2004. — V. 12. — P. 129.

134. Альтшулер Б. JI. Эффект Ааронова-Бома в неупорядоченных проводниках / Б. JI. Альтшулер, А. Г. Ааронов, Б. 3. Спивак // Письма в ЖЭТФ. 1981. - Т. 33. - С. 101.

135. Goldberger M. L. Theory of the refraction and the diffraction of neutrons by crystals / M. L. Goldberger, F. Seitz // Phys. Rev. — 1947. — V. 71.— P. 294.

136. Березин Ф. А. Замечание об уравнении Шредингера с сингулярным потенциалом / Ф. А. Березин, JI. Д. Фаддеев // ДАН СССР. 1961. - Т. 137.-С. 1011.

137. Смирнов Б. М. О взаимодествии отрицательных ионов с атомами. / Б. М. Смирнов, О. Б. Фирсов // ЖЭТФ. 1964. - Т. 47.- С. 232.

138. Демков Ю. Н. Отрыв электрона при медленном столкновении отрицательного иона с атомами. / Ю. Н. Демков // ЖЭТФ. — 1964. — Т. 46. —• С. 1126.

139. Калиткин Н. Н. Численные методы / Н. Н. Калиткин. — М.: Наука, 1978.- 512 с.

140. Мудров А. Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль / А. Е. Мудров. Томск: МП "РАСКО", 1991.-272 с.

141. Margulis V. A. Ballistic conductance of a quantum cylinder in a parallel magnetic field / V. A. Margulis, A. V. Shorokhov, M. P. Trushin // Physics Letters A. 2000. - V. 276. - P. 180.

142. Гейлер В. А. Магнитный отклик двумерного вырожденного электронного газа в наноструктурах с циллиндрической симметрией / В. А. Гейлер, В. А. Маргулис, А. В. Шорохов // ЖЭТФ. 1999. - Т. 115,- С. 1450.

143. Margulis V. A. Electron transport on a cylindrical surface with one-dimensional leads / V. A. Margulis, M. A. Pyataev // Phys. Rev. B.— 2005,-V. 72.-P. 075312.