Читать онлайн «Введение в физику мезоскопических систем: учебное пособие для вузов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» В. Г. Валеев, Э. А. Маныкин ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ МЕЗОСКОПИЧЕСКИХ СИСТЕМ Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Москва 2012  УДК 538. 9 ББК 22. 3 В15 Валеев В. Г. , Маныкин Э. А. Введение в физику мезоскопических систем: Конспект лекций. – М. : НИЯУ МИФИ, 2012. – 160 с. Настоящее учебное пособие создано на основе одноименного курса лекций, читаемого в НИЯУ «МИФИ», и предназначено для студентов старших курсов и аспирантов, изучающих физику конденсированного состояния вещества и физику наноструктур. Оно содержит относительно простое описание ряда физических явлений, характерных для мезоскопи- ческих систем, в котором изложение основных модельных представлений сочетается с анализом ключевых экспериментов. Рассмотрены основы теории баллистического транспорта и влияние квантовой интерференции на проводимость квазиодномерных структур. Дано описание одноэлек- тронного туннелирования, кулоновской блокады и физических принципов работы одноэлектронных транзисторов. Проанализированы некоторые особенности металлов с беспорядком: явление локализации волн в слу- чайном поле, слабая локализация электронов, универсальные флуктуации кондактанса в магнитном поле. Обсуждается физическое содержание и экспериментальный статус скейлинговой гипотезы локализации. Отдель- ные главы посвящены мезоскопическим эффектам в двусвязных системах – равновесным токовым состояниям в кольцах из нормальных металлов и эффекту Ааронова–Бома, а также некоторым свойствам квантовых элек- тромеханических систем. Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ. Рецензенты: доктор физ. -мат. наук, проф. В. А. Алексеев ISBN 978-5-7262-1593-8 © Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2012  ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Основные понятия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4 1. 1. Формула Друде и соотношение Эйнштейна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 5 1. 2. Характерные масштабы расстояний, времен и энергий ... ... ... ... ... ... 8 1. 3. Двумерный электронный газ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14 2. Некоторые свойства систем пониженной размерности ... ... ... ... ... ... ... 17 2. 1. Волновые функции электронов в 2DEG ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 17 2. 2. Плотность состояний электронов в системах пониженной размерности ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 19 3. Основы теории баллистического транспорта ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23 3. 1. Режимы проводимости мезоскопических систем ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24 3. 2. Баллистический режим проводимости в квази- одномерных проводниках ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 26 3. 3.