Modelowanie detekcji ładunku elektronowego w dwuwymiarowych kropkach kwantowych z wykorzystaniem mikroskopii bramki skanującej

mgr Elżbieta Wach, Akademia Górniczo - Hutnicza w Krakowie, Katedra Informatyki Stosowanej i Fizyki Komputerowej, Zespół Teorii Nanostruktur i Nanourządzeń
19.05.2014, 12:00, room 357, Bankowa 14

Zewnętrzne pole magnetyczne B przyłożone prostopadle do okrągłej kropki kwantowej powoduje przejścia momentu pędu stanu podstawowego i polaryzuje spiny związanych wewnątrz kropki elektronów. Pierwszy w pełni spolaryzowany stan - kropla maksymalnej gęstości, MDD (maximum density droplet) - odpowiada całkowitemu zapełnieniu poziomów Landaua: ν = 1. W miarę zwiększania pola B kropla maksymalnej gęstości rozpada się do stanów o ułamkowym współczynniku zapełnienia (ν < 1). Rozpadowi temu towarzyszy silny wzrost korelacji elektronowych, co prowadzi do powstawania molekularnego rozkładu gęstości ładunku (w przypadku idealnie okrągłych kropek molekuły Wignera mogą być widoczne tylko w wewnętrznychstopniach swobody układu).
Prowadzone przez nasz zespół badania dotyczą obserwacji gęstości ładunku w kropce kwantowej przy użyciu naładowanego ostrza mikroskopu skaningowego. Potencjał ostrza zmienia energię układu w stopniu zależnym od gęstości ładunku w danym położeniu. Dzięki temu gęstość ta może być eksperymentalnie odczytana przez pomiary energii w funkcji położenia ostrza.

Rozwiązano problem kilku elektronów związanych w nanostrukturze przy pomocy metody oddziaływania konfiguracji. Obliczenia te doprowadziły do map energii w zależności od położenia ostrza mikroskopu. W kolejnym kroku nastąpiła próba odtworzenia gęstości ładunku z równania całkowego pochodzącego z rachunku zaburzeń. Pod nieobecność ostrza mikroskopu gęstość elektronowa wykazuje symetrię obrotową. Ostrze zaburza tę symetrię, przyszpilając molekułę w układzie laboratoryjnym. Powstała w ten sposób molekuła podąża za przesuwającym się ostrzem. W rezultacie mapy energii w funkcji położenia ostrza zachowują symetrię obrotową, a odtworzona gęstość elektronowa jest bliska oryginalnej.
Rozkład molekularny może być obserwowany w układzie laboratoryjnym, gdy potencjał uwięzienia pod nieobecność ostrza nie jest dokładnie okrągły. Przedstawione zostaną efekty obrazowania detekcji ładunku okrągłych kropkach kwantowych z defektami odpychającymi i przyciągającymi. Wraz ze zwiększaniem pola B przejścia momentu pędu stanu podstawowego są widoczne w wynikach detekcji rozkładu ładunku w postaci oscylacji współczynnika korelacji
gęstości oryginalnej i odtworzonej.