Увлечение Электронов В Полупроводниковой Наноструктуре Потоком Нейтральных Частиц

Abstract

Рассматривается увлечение носителей тока (электронов) в двумерной полупроводниковой наноструктуре при движении вблизи ее поверхности потока нейтральных частиц (атомов или молекул). Показано, что увлечение по физическому механизму похоже увлечению электронов ионным пучком в квантовых проволоках, рассмотренному ранее в работах В.Л. Гуревича и М.И. Мурадова.Эффект увлечения носителей тока в одной физической системе под влиянием потока частиц в другой системе неоднократно исследовался теоретически и экспериментально (см., например, работы [1-7]). Увлечение носителей тока в наноструктуре ионным пучком рассматривалось в работах [8,9]. В общем случае увлечение связано с возможностью обмена импульсом (для кристаллов -квазимпульсом) между двумя взаимодействующими системами. Одна из них -активная система имеет отличный от нуля полный (квази)импульс и может взаимодействовать со второй -пассивной системой с исходным нулевым полным (квази)импульсом. При включении межчастичного взаимодействия импульс активной системы распространится на частицы пассивной системы. Поскольку общий центр инерции систем не может измениться под действием внутренних сил, пассивная система обязана прийти в движение, получив часть импульса активной системы. Всегда имеющаяся диссипация в активной системе компенсируется в стационарном режиме приложенной внешней силой, а диссипация в пассивной системе определяет величину увлечения через баланс приходящего и уходящего импульса.В нашем случае активная система -газ нейтральных атомов или молекул, поток которых охватывает пассивную систему в виде полупроводниковой квазидвумерной наноструктуры с невырожденным электронным газом на низшем уровне поперечного квантования.Величину увлечения электронов тяжелыми частицами (M ≫ m) оценим из следующих соображений. Обе системы в стационарном режиме считаем пространственно однородными, исключая поперечный размер. В поперечном направлении потенциал взаимодействия, создаваемый частицами активной системы, мало меняется в пассивной области из-за сравнительно большого расстояния между ними и электронами наноструктуры и малой толщины пассивной области. Этот потенциал для достаточно тяжелых частиц можно приближенно считать движущейся преградой, упруго отражающей электроны с определенной вероятностью и тем самым передающий им импульс mV в направлении своего движения. При частоте столкновений электронов с преградой ν d = 1/τ d вносимый импульс в среднем равен mV ν d . В свою очередь электроны наноструктуры из-за рассеяния на примесях и фононах теряют направленную скорость с частотой релаксации ν e = 1/τ e . В стационарном режиме устанавливается баланс меж-(1)В отсутствие эффективного трения ν e → 0 и при любой величине взаимодействия ν d = 0 в стационарном режиме достигается полное увлечение V = V ′ и передача импульса прекращается. В этом предельном случае полного увлечения в пассивной системе ток будет равен j d = enV , где n -концентрация электронов, а e -их заряд. Для потока бесстолкновительного нейтрального газа, который можно получить фильтрацией теплового источника достато...