Terahertz Displacement Current in Resonant Tunnelling Diodes including Coherent Electron-Photon interaction
Hi ha un gran interès en el desenvolupament de dispositius portàtils de baixa potència que treballin a temperatura ambient en l’anomenat “terahertz gap” (THz), definit en el domini de freqüència entre els 100 GHz i els 30 THz. Per sota d’aquest rang, quan les freqüències de treball són més petites q...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/675357 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/675357 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Diodes de túnel resonant Diodos de túnel resonantes Resonant tunnelling diodes Terahertz Interacció coherent electrò-fotó Interaccion coherente electron-foton Coherent electron-photon interaction Tecnologies 5 |
| Sumario: | Hi ha un gran interès en el desenvolupament de dispositius portàtils de baixa potència que treballin a temperatura ambient en l’anomenat “terahertz gap” (THz), definit en el domini de freqüència entre els 100 GHz i els 30 THz. Per sota d’aquest rang, quan les freqüències de treball són més petites que l’invers del temps de trànsit dels electrons a través de regió activa del dispositiu, el corrent es pot predir a partir de la quantitat de càrrega que creua el dispositiu i modelat fent servir una aproximació electroestàtica pels camps electromagnètics. Tanmateix, quan les freqüències de treball es troben dins del domini THz, es fa necessària la inclusió del corrent de desplaçament per a una correcta descripció del corrent elèctric. En aquesta tesi s’ha demostrat que hi ha un marge molt ampli pel disseny de nous nanodispositius electrònics quàntics que treballin en aquest rang, per diverses aplicacions, sempre que es realitzi un correcte tractament del corrent de desplaçament en el marc d’una de la mecànica quàntica. Quan s’inclou el component de desplaçament, es pot predir, per exemple, el comportament dels dispositius fins i tot més enllà del límit de temps de trànsit, i dissenyar comportaments no lineals a altes freqüències pel desenvolupament fonts de THz, així com detectors. Per una completa descripció dels efectes de la interacció entre els electrons i els camps electromagnètics en el corrent de desplaçament, és necessari introduir també l’efecte de la component transversal dels camps elèctric i magnètic en la dinàmica de l’electró. Això, requereix nous graus de llibertat per tal de descriure el camp electromagnètic. En aquesta tesi faré servir un model general per a incloure de forma coherent la interacció de l’electró amb el component transversal del camp electromagnètic. Aquesta aproximació es pot combinar llavors tant amb una descripció clàssica com amb una quàntica del camp electromagnètic. Normalment, en el camp de la nanoelectrònica computacional, la introducció d’aquests camps electromagnètics es tracta com una col·lisió. No obstant això, aquesta tesi va més enllà d’aquest tractament, discutint l’efecte de la interacció coherent dels electrons i els fotons en el corrent de desplaçament, utilitzant per a aquesta fi una funció d’ona conjunta per descriure ambdós, el sistemes electrònic i electromagnètic. Les eines desenvolupades en aquesta tesi, es fan servir per estudiar díodes túnel ressonants (RTD en anglès) en el “terahertz gap”. La interacció coherent electró-fotó dóna lloc a tot un conjunt de fenòmens, que tot i que són ben coneguts en òptica quàntica, són usualment ignorades en electrònica. En aquesta tesi es fa èmfasi en discutir com aquests efectes exòtics es veuen en el corrent total (el de partícules més el de desplaçament). Un altre missatge que es vol transmetre en aquesta tesi és l’avantatge de modelar en el règim quàntic, els electrons com a partícules amb posicions ben definides, així com fer servir uns camps electromagnètics amb unes propietats ben definides. Aquesta descripció és la preferida pels enginyers electrònics, i troba un fonament teòric sòlid en la interpretació de Bohm de la mecànica quàntica que es fa servir al llarg d’aquesta tesi. A més, la teoria de Bohm proporciona una eina alternativa, la funció d’ona condicional Bohmiana (Bohmian conditional wavefunction), que dóna una justificació rigorosa per descriure sistemes oberts en termes d’estats purs. Mostrem els avantatges d’aquesta eina per la descripció de sistemes oberts, comparant-la amb altres aproximacions, com la matriu densitat o la funció de Wigner. |
|---|