带电粒子与超晶格相互作用研究

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1、带电粒子与超晶格相互作用研究摘要:基于带电粒子与超晶格的研究基础，从超晶格中的带电电子的运动来分析其电导机制，进而讨论带电粒子与超晶格相互作用，可以用来识别超高能粒子，同时利用Melnikov方法分析系统出现Smale马蹄的临界条件，提出了带电粒子同超晶格相互作用过程中，系统可能出现的混沌行为。关键词:带电粒子超晶格混沌Abstract:Basedonthechargedparticleandthesuperlatticeresearch,analyzesitselectricconductancemecha

2、nismfromthesuperlatticechargedelectron''smovement,thenthediscussionchargedparticleandthesuperlatticeinteraction,mayusefortodistinguishtheparticlesultaneouslythesystemcriticalconditionsfortherevelationofSmalehorseshoeareanalyzedusingtheMelnikovmethod,propose

3、dinthechargedparticlepossiblyappearschaosbehavior.Keyetre等人用光学方法研究微带输运，证明了在超晶格中存在电子、空穴通过微带的垂直输运。超晶格器件中的电子输运：超晶格器件在结构上的最主要待征则是，在电流传播方向上具有由多个量子阱层和势垒层构成的周期性结构，隔开各阱层的势垒层很薄，具有较大的电子隧穿几率，电子在沿垂直超晶格平面的方向连续穿过多个周期势垒运动。在超晶格中，带电的电子在单个量子阱中形成一定的量子能级。超晶格内相邻量子阱中的量于能级通过它们之间的

4、薄势垒层有一较弱的耦合，因而每一量子能级扩展成一个能带。由于耦合很弱，形成的能带较窄，称作于能带。设电子的能量为Eb。超晶格周期为d，于能带宽度为D，电场强度为E，当电场时．平均漂移速度有极大值。当E进一步增大时，速度反而减小，阈值电场。即使有散射存在，在超晶格的J—v曲线中，最初电流随电压的增加而增大，当电压使得电场达到阈值时，电压的进一步增加反而使电流减小，出现负的动态电阻。随着电压不断增大，还可能出现多个电流峰值和多个负阻区间。从理论上讲，如果完全不存在散射，电子的运动无沦在速度空间或动量空间都可能表现

5、出振荡行为。这一现象称为布洛赫振荡，对应于布洛赫振荡的电子输运过程也是一种负微分电导现象。如图1.在超晶格器件中的负微分电导机制，即扩展态——局域态转变。它所描述的物理意义是，在沿着其周期方向足够强的外电场中，超晶格在一个周期上的电位差将大于于能带宽度，此时相邻量子阱中的量子能级彼此错开，一个量子阱中量子能级的能量处于相邻量子阱的能隙中，电子在各量子阱中的量子能级变成高度为Eed的wannier—Stark阶梯。在这种情况下，相邻量子阱的量子能级状态之间的耦合很弱，电子波函数变得定域化了，电子隧穿过势垒的几率

6、很小，因而超晶格的电导变得很小；当沿着超晶格方向所加的电场由小变大时，由于电子的状态由扩展态转变成定域态，使电导由大变小，即出现负的微分电导。3带电粒子与超晶格相互作用识别超高能粒子带电粒子的沟道效应和沟道辐射广泛被人们关注，而超晶格的沟道效应和沟道辐射也正在被人们深入研究。经典物理学证明，在电磁场中作加速运动的带电粒子要辐射电磁波。1946年，苏联物理学家金斯堡和弗兰克进一步指出，当带电粒子穿过电磁性质不同的两种介质界面时，即使加速度为零也要向外辐射能量，这种辐射称为渡越辐射。事实上，在第一介质中远离边界的

7、地方，粒子具有一定的场，而这个场就携带了粒子和第一介质相互作用的信息；当粒子进入第二种介质时，远离边界的场也携带了粒子和第二种介质相互作用的信息。值得注意的是，即使在整个过程中粒子的加速度为零，只要两种介质的电磁性质不同，初场和终场就一定不同。因此，当带电粒子趋近并穿过界面时，场必然会自动调整。正是在这种调整过程中带电粒子将向外辐射能量。非沟道粒子与物质(晶体)的相互作用的最大特点是粒子将穿过两种不同介质(真空和晶体)的界面。非沟道粒子一旦穿越这样的界面就要产生渡越辐射，而这种辐射可能对沟道辐射产生一定影响。

8、注意到超晶格是由两种不同介电常数的材料交替生长而成的多层薄膜结构，因此，带电粒子同超晶格相互作用就是带电粒子同多层薄膜相互作用。粒子每穿越一层薄膜就要穿越一次界面，每穿越一次界面就要产生一次渡越辐射，这种辐射就有较大的应用前景。渡越辐射对沟道辐射的影响主要是在长波区域使沟道辐射的本底增强。在渡越辐射能量公式中，由于含有相对论因子γ，可以用它来识别超高能粒子。一个典型的例子是，具有多层薄膜结构的超晶格