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Academic literature on the topic 'Quantum phenomenon- Two dimensional electron gas'
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Dissertations / Theses on the topic "Quantum phenomenon- Two dimensional electron gas"
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Evaldsson, Martin. "Quantum transport and spin effects in lateral semiconductor nanostructures and graphene." Doctoral thesis, Norrköping : Department of Science and technology, Linköping University, 2008. http://www.bibl.liu.se/liupubl/disp/disp2008/tek1202s.pdf.
Full text
2
Paul, Jagannath. "Coherent Response of Two Dimensional Electron Gas probed by Two Dimensional Fourier Transform Spectroscopy." Scholar Commons, 2017. http://scholarcommons.usf.edu/etd/6738.
Full textAbstract:
Advent of ultrashort lasers made it possible to probe various scattering phenomena in materials that occur in a time scale on the order of few femtoseconds to several tens of picoseconds. Nonlinear optical spectroscopy techniques, such as pump-probe, transient four wave mixing (TFWM), etc., are very common to study the carrier dynamics in various material systems. In time domain, the transient FWM uses several ultrashort pulses separated by time delays to obtain the information of dephasing and population relaxation times, which are very important parameters that govern the carrier dynamics of materials. A recently developed multidimensional nonlinear optical spectroscopy is an enhanced version of TFWM which keeps track of two time delays simultaneously and correlate them in the frequency domain with the aid of Fourier transform in a two dimensional map. Using this technique, the nonlinear complex signal field is characterized both in amplitude and phase. Furthermore, this technique allows us to identify the coupling between resonances which are rather difficult to interpret from time domain measurements. This work focuses on the study of the coherent response of a two dimensional electron gas formed in a modulation doped GaAs/AlGaAs quantum well both at zero and at high magnetic fields.
In modulation doped quantum wells, the excitons are formed as a result of the inter- actions of the charged holes with the electrons at the Fermi edge in the conduction band, leading to the formation of Mahan excitons, which is also referred to as Fermi edge singularity (FES). Polarization and temperature dependent rephasing 2DFT spectra in combination with TI-FWM measurements, provides insight into the dephasing mechanism of the heavy hole (HH) Mahan exciton. In addition to that strong quantum coherence between the HH and LH Mahan excitons is observed, which is rather surprising at this high doping concentration. The binding energy of Mahan excitons is expected to be greatly reduced and any quantum coherence be destroyed as a result of the screening and electron-electron interactions. Such correlations are revealed by the dominating cross-diagonal peaks in both one-quantum and two-quantum 2DFT spectra. Theoretical simulations based on the optical Bloch Equations (OBE) where many-body effects are included phenomenologically, corroborate the experimental results. Time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculations provide insight into the underlying physics and attribute the observed strong quantum coherence to a significantly reduced screening length and collective excitations of the many-electron system. Furthermore, in semiconductors under the application of magnetic field, the energy states in conduction and valence bands become quantized and Landau levels are formed. We observe optical excitation originating from different Landau levels in the absorption spectra in an undoped and a modulation doped quantum wells. 2DFT measurements in magnetic field up to 25 Tesla have been performed and the spectra reveal distinct difference in the line shapes in the two samples. In addition, strong coherent coupling between landau levels is observed in the undoped sample. In order to gain deeper understanding of the observations, the experimental results are further supported with TD-DFT calculation.
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Magyar, Peter. "Quelques aspects du transport électronique bidimensionnel : études théoriques en champ magnétique faible et fort." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10025.
Full textAbstract:
Ce travail presente deux etudes de transport des systemes d'electrons bidimensionnels dans les limites du champ magnetique faible et fort. Premierement, nous avons analyse l'utilite d'une nouvelle approche theorique, destinee a calculer la mobilite limitee par (a) des impuretes ionisees ou par (b) des dislocations. Ce traitement a pour but d'ameliorer la description de l'effet d'ecran. Notre etude a revele que la methode ne represente que des avantages tres limites dans le cas (a), tandis que dans le cas (b) les courbes calculees en fonction de la temperature et de la largeur du puits sont en accord avec les mesures. Deuxiemement, l'effet hall quantique entier a ete etudie dans un potentiel de desordre modele. Le systeme a ete couple a un bain thermique. A partir de l'etat stationnaire d'une equation de boltzmann quantique, les conductivites de hall et dissipative ont ete obtenues en fonction de la temperature pour tous les facteurs de remplissage. Nos resultats sont en accord qualitatif avec les experiences. En outre, ils montrent que, du aux phonons, les plateaux quantifies de la conductivite de hall sont sensiblement plus larges a tres basses temperatures que ceux de la conductivite dissipative.
4
De, Liberato Simone. "Cavity quantum electrodynamics and intersubband polaritonics of a two dimensional electron gas." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00421386.
Full textAbstract:
L'électrodynamique quantique en cavité, c'est-à-dire l'étude du couplage lumière-matière en géométries confinées, a permis d'observer, grâce à des cavités de plus en plus performantes, le régime de couplage fort lumière-matière.<br />Dans ce régime, le temps de vie d'un photon est plus long que le temps caractéristique de l'interaction avec la matière ; un seul photon subit donc plusieurs cycles d'absorption et de réémission avant de s'échapper de la cavité.<br />Les premières expériences dans ce régime, effectuées avec des atomes dans des cavités supraconductrices, ont été suivies par des réalisations en matière condensée, utilisant des excitons dans des microcavités planaires, des boites de Cooper couplées à des résonateurs unidimensionnels ou bien des transitions intersousbandes dans des puits quantiques dopés, couplées à un mode de microcavité. Le couplage fort dans ce dernier système donne naissance à des excitations mixtes, moitié lumière et moitié matière, nommées polaritons intersousbandes.<br />Ma thèse s'attache à plusieurs aspects de la physique de ces excitations, qui se caractérisent par la force extrême du couplage, qui a poussé les chercheurs à introduire le terme couplage ultra-fort.<br /><br />Dans la première partie de ma thèse, après avoir donné un aperçu général des différents concepts théoriques engagés, j'étudie les conséquences de ce couplage ultra-fort en présence d'une modulation externe appliquée au système. Je montre, en utilisant une théorie de Langevin quantique, qu'une radiation peut être émise à partir du vide, effet qui rappelle de près l'effet Casimir dynamique. L'intensité de cette radiation est assez forte pour pouvoir être mesurée et je reporte ici les résultats de deux expériences préliminaires menées en vue de l'observation d'un tel effet, auxquelles j'ai participé pour la partie théorique.<br /><br />J'étudie ensuite la manière dont le couplage fort lumière-matière peut influencer le transport électronique et les expériences d'électroluminescence. Dans ce but j'ai développé des méthodes analytiques et numériques que j'ai exploitées pour montrer qu'il est possible d'augmenter grandement l'efficacité quantique des LEDs basées sur des transitions intersousbandes. J'ai aussi donné une première preuve d'extension de l'effet Purcell au régime de couplage fort.<br />Enfin, dans ma dernière partie, j'ai développé la théorie du scattering stimulé entre polaritons intersousbandes dû au couplage avec des phonons optiques. Je montre que ce mécanisme peut être exploité afin d'obtenir des lasers sans inversion de population avec un seuil extrêmement bas.
5
Bowman, John V. "Transport in a confined two-dimensional electron gas with longitudinal potential variations." Virtual Press, 1995. http://liblink.bsu.edu/uhtbin/catkey/958798.
Full textAbstract:
Since the discovery of conductance quantization within a nanostnucture, investigations have sought out causes to conductance fluctuations beyond the established plateaus. The focus of this work is to show the fundamental effects upon conductance due to longitudinal potentials and double quantum boxes when confined by hardwall boundaries. A theoretical model based upon a tight-binding recursive tureen's function methodology was modified to incorporate potential barrier variations. A qualitative evaluation, as well as, explanation of the model's results and limitations is discussed.<br>Department of Physics and Astronomy
6
Yakymenko, Ivan. "Modelling of injection of electrons by low-dimensional nanowire into a reservoir." Thesis, Linköpings universitet, Teoretisk Fysik, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-145659.
Full textAbstract:
High-mobility two-dimensional electron gas (2DEG) which resides at the interface between GaAs and AlGaAs layered semiconductors has been used experimentally and theoretically to study ballistic electron transport. The present project is motivated by recent experiments in magnetic electron focusing. The proposed device consists of two quantum point contacts (QPCs) serving as electron injector and detector which are placed in the same semiconductor GaAs/AlGaAs heterostructure. This thesis is focused on the theoretical study of electron flow coming from the injector QPC (a short quantum wire) and going into an open two-dimensional (2D) reservoir. The transport is considered for non-interacting electrons at different transmission regimes using the mode-matching technique. The proposed mode-matching technique has been implemented numerically using Matlab software. Electron flow through the quantum wire with rectangular, conical and rounded openings has been studied with and without an applied electric bias. We have found that the geometry of the opening does not play a crucial role for the electron flow propagation while the conical opening allows the electrons to travel longer distances into the 2D reservoir. When electric bias is applied, the electron flow also penetrates farther into the 2D region. The results of this study can be applied in designing magnetic focusing devices.
7
Cipiloglu, Mustafa Ali. "Thermoelectric Effects In Mesoscopic Physics." Phd thesis, METU, 2004. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/12604753/index.pdf.
Full textAbstract:
The electrical and thermal conductance and the Seebeck coefficient are calculated for one-dimensional systems, and their behavior as a function of temperature and chemical potential is investigated. It is shown that the conductances are proportional to an average of the transmission probability around the Fermi level with the average taken for the thermal conductance being over a wider range. This has the effect of creating less well-defined plateaus for thermal-conductance quantization experiments.
For weak non-linearities, the charge and entropy currents across a quantum point contact are expanded as a series in powers of the applied bias voltage and the temperature difference. After that, the expansions of the Seebeck voltage in temperature difference and the Peltier heat in current are obtained. Also, it is shown that the linear thermal conductance of a quantum point contact displays a half-plateau structure, almost flat regions appearing around half-integer multiples of the conductance quantum. This structure is investigated for the saddle-potential model.
8
Szewc, Wojciech. "Theory and simulation of scanning gate microscopy : applied to the investigation of transport in quantum point contacts." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00876522.
Full textAbstract:
This work is concerned with the theoretical description of the Scanning Gate Microscopy (SGM) in general and with solving particular models of the quantum point contact (QPC) nanostructure, analytically and numerically. SGM is an experimental technique, which measures the conductance of a nanostructure, while a charged AFM tip is scanned above its surface. It gives many interesting results, such as lobed and branched images, interference fringes and a chequerboard pattern. A generally applicable theory, allowing for unambiguous interpretation of the results, is still missing. Using the Lippman-Schwinger scattering theory, we have developed a perturbative description of non-invasive SGM signal. First and second order expressions are given, pertaining to the ramp- and plateau-regions of the conductance curve. The maps of time-reversal invariant (TRI) systems, tuned to the lowest conductance plateau, are related to the Fermi-energy charge density. In a TRI system with a four-fold spatial symmetry and very wide leads, the map is also related to the current density, on any plateau. We present and discuss the maps calculated for two analytically solvable models of the QPC and maps obtained numerically, with Recursive Green Function method, pointing to the experimental features they reproduce and to the fundamental difficulties in obtaining good plateau tuning which they reveal.
9
Kunc, Jan. "Gaz électronique bidimensionnel de haute mobilité dans des puits quantiques de CdTe : études en champ magnétique intense." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00586639.
Full textAbstract:
Une étude expérimentale de gaz d'électrons bidimensionnel confinés dans des puits quantiques de CdTe et de CdMnTe est présentée. L'analyse de données est soutenue par des calculs numériques de la structure de bande des états confinés, utilisant l'approximation de densité locale et de fonction enveloppe. Un calcul de type k.p a été utilisé pour justifier l'approximation parabolique appliquée pour les bandes valence. Les échantillons ont été caractérisés par spectroscopie Raman et par spectroscopie d'absorption de la résonance cyclotron infrarouge. Le magnéto-transport à bas champ est dominé par la contribution semi-classique de Drude et révèle trois contributions plus faibles, qui sont la localisation faible, l'interaction électron-électron et les oscillations Shubnikov-De Haas. La contribution des interactions électron-électron est expliquée dans un modèle semi-classique à trajectoire circulaire. La forme des niveaux de Landau, leurs élargissement, les temps de vie transport et quantique de la diffusion et le mécanisme (long-portée) de la diffusion dominant ont été déterminés. Le magnéto-transport sous champs magnétiques intenses révèle la présence d'états Hall quantique fractionnaires dans les niveaux de Landau N=0 et N=1. Nous avons montré, que les états 5/3 et 4/3 étaient complètement polarisés en spin, en accord avec l'approche des fermions composites pour l'effet Hall quantique fractionnaire. La forme de la photoluminescence à champ magnétique nul et son évolution avec la température sont décrites par un modèle analytique simple. La dépendance en champ magnétique et en température de la photoluminescence indique que le gap de spin est amplifié dans les niveaux de landau entièrement occupés. Ces effets multi-corps de l'amplification du gap du spin ont été décrits avec succès par un modèle numérique simple. L'intensité de la photoluminescence a mise en évidence l'importance des processus non-radiatifs pendant la recombinaison, la dégénérescence des niveaux de Landau, leur taux d'occupation, les règles de sélection et l'influence de l'écrantage. Le mécanisme de la relaxation parallèle de spin d'électron et de trou a été identifié et attribué au mécanisme Bir-Aharonov-Pikus, assistée par les phonons acoustiques. Les spectres de photoluminescence d'excitation reflètent la densité des états caractéristique des systèmes bidimensionnels. Les résonances excitoniques, qui sont observées aux bords des sous-bandes électriques inoccupées, illustrent l'importance de l'écrantage et des champs électriques intrinsèques dans les puits asymétriquement dopés.
10
Lovisa, Stephane. "Propriétés optiques de puits quantiques de CdTe contenant un gaz d'électrons bidimensionnel." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10099.
Full textAbstract:
Les proprietes optiques et magneto-optiques de puits quantiques de cdte contenant un gaz d'electrons bidimensionnel ont ete etudiees par spectroscopie d'absorption et d'emission, en fonction de la concentration des electrons. Une premiere etude par spectroscopie d'emission, effectuee sur une serie d'echantillons a densite electronique fixe, a montre que la masse effective des electrons depend fortement de leur concentration. Des calculs tenant compte des effets a n corps expliquent bien cette renormalisation de masse. Par ailleurs, des dispositifs schottky ont ete realises qui permettent de varier continument la densite du gaz d'electrons dans un puits quantique de cdte a l'aide d'une tension inverse appliquee. L'etude des proprietes de magneto-absorption en fonction de la densite a mene a une modelisation de la force d'oscillateur de l'exciton charge negativement ou trion. Les spectres d'absorption obtenus en champ nul sur des echantillons possedant des desordres electrostatiques differents ont montre l'apparition de zones isolantes pour une valeur du rapport de la densite d'electrons et du parametre de desordre exactement egale a celle prevue par la theorie recente d'efros. La transition optique temoignant de l'apparition de ces zones est attribuee a un trion a n corps.