PředmětyPředměty(verze: 902)
Předmět, akademický rok 2022/2023
   Přihlásit přes CAS
Elektronový transport v kvantových systémech - NBCM096
Anglický název: Electron Transport in Quantum Systems
Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2020
Semestr: letní
E-Kredity: 5
Rozsah, examinace: letní s.:2/1 [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Virtuální mobilita / počet míst: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Další informace: http://unix12.fzu.cz/~vybornyk/physics/physics.html
Garant: RNDr. Jakub Zázvorka, Ph.D.
Kategorizace předmětu: Fyzika > Biofyzika a chemická fyzika
Výsledky anket   Termíny zkoušek   Rozvrh   Nástěnka   
Anotace -
Poslední úprava: T_FUUK (17.05.2001)
Úvod do problematiky elektronového transportu v mezoskopických systémech. Konduktance a transmisní koeficienty. Lokalizace, univerzální fluktuace a jev Aharonova-Bohma. Kvantové Hallovy jevy. Elektronové dvojvrstvy. Koherentní tunelování elektronů, rezonance a Coulombická blokáda. Supravodivost a Josephsonovy jevy.
Cíl předmětu -
Poslední úprava: GRILL/MFF.CUNI.CZ (10.05.2008)

Úvod do problematiky elektronového transportu v mezoskopických systémech. Konduktance a transmisní koeficienty. Lokalizace, univerzální fluktuace a jev Aharonova-Bohma. Kvantové Hallovy jevy. Elektronové dvojvrstvy. Koherentní tunelování elektronů, rezonance a Coulombická blokáda. Supravodivost a Josephsonovy jevy.

Podmínky zakončení předmětu -
Poslední úprava: prof. RNDr. Roman Grill, CSc. (13.06.2019)

Aktivní účast na cvičení - referát

Ústní zkouška

Literatura -
Poslední úprava: T_FUUK (10.03.2011)

Elektronický text

http://unix12.fzu.cz/~vybornyk/physics/physics.html

S. Datta, Electronic transport in mesoscopic systems,

Cambridge University Press, 1995.

M. J. Kelly, Low-Dimensional Semiconductors,

Claredon Press, Oxford 1995.

John H. Davies, The Physics of Low-Dimensional Semiconductors,

Cambridge University Press, 1998.

J. Voves, J. Kodeš, Elektronické součástky nové generace,

Grada Publishing, 1995.

Gary A. Prinz, Spin-Polarized Transport,

Physics Today, April 1995, 58.

Gary A. Prinz, Magnetoelectronics,

SCIENCE 282 (1998) 1660.

S. A. Wolf, D. D. Awshalom, R. A. Buhrman, J. M. Daughton,

S. von Molnár, M. L. Roukes, A. Y. Chtchelkanova, D. M. Treger,

Spinotronics" A Spin-Based Electronics Vision for the Future,

SCIENCE 294 (2001) 1488.

A. A. Abrikosov, Fundametals of the Theory of Metals,

North-Holland, Amsterdam 1988.

Požadavky ke zkoušce -
Poslední úprava: prof. RNDr. Roman Grill, CSc. (13.06.2019)

Zvládnutí látky přednesené na přednášce a procvičované na cvičení.

Sylabus -
Poslední úprava: T_FUUK (22.05.2003)

Během osmdesátých let minulého století dosáhly polovodičové technologie takové dokonalosti, že umožnily vytvářet elektronové systémy o rozměrech řádu několika desítek nanometrů, jako jsou například dvojrozměrné elektronové systémy, kvantové dráty či tzv. kvantové tečky - umělé atomy. Jejich příprava byla založena především na využití kombinace elektronové litografie a metody MBE (Molecular Beem Epitaxy), která umožňuje kontrolovaný růst jednoatomových polovodičových vrstev včetně jejich složení. Zásluhu na jejich rozvoji měly velké elektronické společnosti, které usilovaly o výrobu stále dokonalejších součástek a jejich miniaturizaci. Jedním z nejpřekvapivějších výsledků jejich studia byl objev kvantového Hallova jevu, za který byly uděleny Nobelovy ceny za fyziku v roce 1985 a 1998. Součástky založené na spinově polarizovaném transportu elektronů se staly základem nového oboru, tzv. spinotroniky, kterou odstartoval objev gigantické magnetoresistence v roce 1988.

Vodiče, jejichž rozměry nelze považovat ani za mikroskopické, ani makroskopické byly nazvány jako mezoskopické. Jejich vodivost není úměrná délce vodiče a nelze ji pochopit na základě klasické fyziky. Vlnový charakter elektronů zodpovědný za interferenční jevy, rozměrové kvantování elektronového spektra a interferenční jevy se v těchto systémech plně projevují především za velmi nízkých teplot. Neodmyslitelnou součástí kvantového transportu je i supravodivost, která patří do kategorie makroskopických kvantových jevů.

Přednášky si kladou za cíl přiblížit studentům podstatu kvantového charakteru elektronového transportu nejjednodušší formou vyžadující pouze znalost základů kvantové mechaniky a jsou věnovány následujícímu okruhu otázek:

1. Nízkorozměrné elektronové systémy - epitaxe z molekulárních svazků a litografie, pásové inženýrství a kvantové jámy, rozměrové kvantování, dvojrozměrný elektronový plyn.

2. Elektronový transport jako srážkový problém - souvislost konduktance (převrácená hodnota odporu) a transmisních koeficientů, kvantování odporu bodových kontaktů, Landauerův-Buttikerův formalismus.

3. Lokalizace a fluktuace konduktance - pravděpodobnost průchodu elektronu dvěma bariérami, vliv interference, lokalizační délka, univerzální fluktuace konduktance.

4. Jev Aharonova-Bohma - kvantování magnetického toku vodivou smyčkou.

5. Rezonanční tunelování a Coulombická blokáda - tunelování elektronů dvojitou barierou, rezonanční a jednoelektronové tunelování, elektronový turniket.

6. Celočíselný kvantový Hallův jev - kvantování energetického spektra vlivem silného magnetického pole, Landauovy hladiny a hranové stavy, diamagnetické proudy a vliv lokalizace.

7. Zlomkový kvantový Hallův jev - nestlačitelnost a faktor plnění, kompozitní fermiony.

8. Spinotronika - Zeemanovské rozštěpení, gigantická magnetoresistence, spin-orbitální vazba v polovodičových strukturách, spinová precese, polem řízený spinově polarizovaný tranzistor.

9. Fenomenologická teorie supravodivosti - Boseova-Einsteinova kondenzace, odvozeni Ginzburgových-Landauových rovnic, kritické proudy a magnetická pole, diamagnetismus.

10. Josephsonovy jevy - tunelování Cooperových párů, Josephsonův proud, Shapirovy schody, napěťový standard.

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK