АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ИНДУЦИРОВАННОЙ КВАНТОВОЙ ТОЧКИ ВО ВНЕШНЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Проведено численное моделирование электронной структуры квантовой точки, индуцированной электрическим полем наноразмерного дискообразного затвора и находящейся во внешнем магнитном поле. С помощью метода конечных элементов рассчитаны зависимости энергетического спектра электрона от величины магнитного поля и потенциала на затворе. Обнаружено наличие последовательности точек квазипересечения электронных уровней при относительно слабых магнитных полях, а также существование групп близких уровней энергии (электронных оболочек). Показано, что, несмотря на существенное отличие потенциала затвора от параболического потенциала, для качественного описания электронной структуры электрически индуцированной квантовой точки возможно использование модели приповерхностного анизотропного гармонического осциллятора. На основании этой модели описаны закономерности эволюции структуры волновых функций при изменении потенциала затвора и магнитного поля. В частности, модель анизотропного осциллятора позволяет предсказать появление точек квазипересечения электронных уровней при изменении внешних полей, а также квазивырождение состояний с различными значениями проекции орбитального момента импульса.

1. Kastner, M. A. Artificial atoms / M. A. Kastner // Physics Today. – 1993. – Vol. 46, № 1. – P. 24–31.

2. Ashoori, R. C. Electrons in artificial atoms / R. C. Ashoori // Nature. – 1996. – Vol. 379, № 6564. – P. 413–419.

3. Shell filling and spin effects in a few electron quantum dot / S. Tarucha [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 1996. – Vol. 77, № 17. – P. 3613–3616.

4. Quantum dot optoelectronic devices: lasers, photodetectors and solar cells / J. Wu [et al.] // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2015. – Vol. 48, № 36. – P. 363001.

5. Silicon quantum electronics / F. A. Zwanenburg [et al.] // Rev. Mod. Phys. – 2013. – Vol. 85, № 3. – P. 961–1019.

6. Loss, D. Quantum computation with quantum dots / D. Loss, D. P. DiVincenzo // Phys. Rev. A. – 1998. – Vol. 57, № 1. – P. 120–126.

7. Reimann, S. M. Electronic structure of quantum dots / S. M. Reimann, M. Manninen // Rev. Modern Phys. – 2002. – Vol. 74. – P. 1283–1342.

8. Ciftja, O. Understanding electronic systems in semiconductor quantum dots / O. Ciftja // Phys. Scr. – 2013. – Vol. 88. – P. 058302.

9. Flügge, S. Practical Quantum Mechanics: in 2 vol. / S. Flügge. – [S. l.]: Springer-Verlag, 1971. – Vol. 1. – 286 p.

10. Fujito, M. Many-electron ground states in anisotropic parabolic quantum dots / M. Fujito, A. Natori, H. Yasunaga // Phys. Rev. B. – 1996. – Vol. 53, № 15. – P. 9952–9958.

11. Willatzen, M. Separable Boundary-Value Problems in Physics / M. Willatzen, Lok C. Lew Yan Voon. – [S. l.]: Wiley-VCH, 2011. – 377 p.

12. Lok C. Lew Yan Voon. Confined states in lens-shaped quantum dots / Lok C. Lew Yan Voon, M. Willatzen // J. Phys.: Condens. Matter. – 2002. – Vol. 14. – P. 13667–13678.

13. Kumar, A. Electron states in a GaAs quantum dot in a magnetic field / A. Kumar, S. E. Laux, F. Stern // Phys. Rev. B. – 1990. – Vol. 42, № 8. – P. 5166–5175.

14. Kane, B. E. A silicon-based nuclear spin quantum computer / B. E. Kane // Nature (London). – 1998. – Vol. 393. – P. 133–137.

15. Single-atom transistor / M. Feuchsle [et al.] // Nature nanotechnology. – 2012. – Vol. 7, № 4. – P. 242–246.

16. Manipulation of a single charge in a double quantum dot / J. R. Petta [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2004. – Vol. 93, № 18. – P. 186802.

17. Gate-induced ionization of single dopant atoms / G. D. J. Smit [et al.] // Phys. Rev. B. – 2003. – Vol. 68, № 19. – P. 193302.

18. Levchuk, E. A. On controlling the electronic states of shallow donors using a finite-size metal gate / E. A. Levchuk, L. F. Makarenko // Semiconductors. – 2016. – Vol. 50, № 1. – P. 89–96.

19. Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists / G. Arfken. – [S. l.]: Academic Press, 2013. – 985 p.

20. Smythe, W. R. Static and Dynamic Electricity / W. R. Smythe. – New York: McGraw-Hill, 1989. – 845 p.

21. Zimmerman, M. L. Evidence of an approximate symmetry for hydrogen in a uniform magnetic field / M. L. Zim merman, M. M. Kash, D. Kleppner // Phys. Rev. Lett. – 1980. – Vol. 45, № 13. – P. 1092–1094.

22. Quantum dot spectroscopy using single phosphorus donor / H. Büch [et al.] // Phys. Rev. B. – 2015. – Vol 92, № 23. – P. 235309.