Прохождение электрона через туннельный плавный барьер в высокочастотном поле

Численно изучено фотонно-ассистированное прохождение электрона через одномерный плавный барьер, моделирующий потенциал в нижней энергетической подзоне квантового точечного контакта. Показано, что на зависимостях коэффициента прохождения от энергии присутствуют плечеобразные особенности, которые на частотных зависимостях трансформируются в максимумы. Особенности вызваны переходами в канал с энергией, близкой к вершине барьера, при поглощении одного, двух или трех фотонов, и их положение не зависит от амплитуды высокочастотного поля. С понижением частоты фотон-индуцированные ступени исчезают, но в производной коэффициента прохождения от энергии остаются два пика, равноотстоящие по энергии от средней высоты барьера на амплитуду колебаний высоты барьера. Найденные особенности предлагается наблюдать экспериментально при облучении полупроводниковой структуры с квантовым точечным контактом на частотах 0,01-1,7 ТГц.

туннелирование, надбарьерное прохождение, квантовый точечный контакт, ступень кондактанса, микроволны, терагерцы, низкочастотные особенности, фотонно-ассистированное прохождение

1. Dayem A. H., Martin R. J. Quantum interaction of microwave radiation with tunneling. Phys. Rev. Lett., 1962, vol. 8, p. 246-248.

2. Tien P. K., Gordon J. P. Multiphoton process observed in the interaction of microwave fields with the tunneling between superconductor films. Phys. Rev., 1963, vol. 129, p. 647-651.

3. Guimarães P. S. S., Keay B. J., Kaminski J. P., Allen S. J. Jr., Hopkins P. F., Gossard A. C., Florez L. T., Harbison J. P. Photon-mediated sequential resonant tunneling in intense terahertz electric fields. Phys. Rev. Lett., 1993, vol. 70, p. 3792-3795.

4. Büttiker M., Landauer R. Traversal Time for Tunneling. Phys. Rev. Lett., 1982, vol. 49, p. 1739-1742.

5. Coon D. D., Liu H. C. Time-dependent quantum-well and finite-superlattice tunneling. J. Appl. Phys., 1985, vol. 58, p. 2230-2235.

6. Wees B. J. van, Houten H. van, Beenakker C. W. J., Williamson J. G., Kouwenhoven L. P., Marel D. van der, Foxon C. T. Quantized Conductance of Point Contacts in a Two-dimensional Electron Gas. Phys. Rev. Lett., 1988, vol. 60, p. 848-850.

7. Wharam D., Thornton T. J., Newbury R., Pepper M., Ahmed H., Frost J. E. F., Hasko D. G., Peacock D. C., Ritchie D. A., Jones G. A. C. One-dimensional transport and the quantisation of the ballistic resistance. J. Phys. C: Solid State Phys., 1988, vol. 21, p. L209-L214.

8. Büttiker M. Quantized transmission of a saddle-point constriction. Phys. Rev. B, 1990, vol. 41, p. 7906-7909.

9. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Baksheyev D. G., Nejoh H. Localization of tunneling electron in a potential barrier with alternating height. In: Quantum coherence and decoherence. Proceedings of the 5th International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology (ISQM-Tokyo’95), Japan, August 21-24, 1995. Eds. K. Fujikawa, Y. A. Ono. New York, Elsevier / North Holland, 1996, p. 207-210.

10. Hu Q. Photon-assisted quantum transport in quantum point contacts. Appl. Phys. Lett., 1993, vol. 62, p. 837-839.

11. Yakubo K., Feng S., Hu Q. Simulation studies of photon-assisted quantum transport. Phys. Rev. B, 1996, vol. 54, p. 7987-7995.

12. Ge J.-Y., Zhang J. Z. H. Quantum mechanical tunneling through a time-dependent barrier. J. Chem. Phys., 1996, vol. 105, p. 8628-8632.

13. Ohe J.-I., Yakubo K. Transfer matrix approach to photon-assisted quantum transport in quantum point contacts. J. Phys. Soc. Jpn., 1999, vol. 68, p. 2729-2734.

14. Takahashi K., Ikeda K. S. Instanton and noninstanton tunneling in periodically perturbed barriers: Semiclassical and quantum interpretations. Phys. Rev. E, 2012, vol. 86, p. 056206.

15. Grincwajg A., Gorelik I. Y., Kleiner V. Z., Shekhter R. I. Photoconductance oscillations in a two-dimensional quantum point contacthys. Rev. B, 1995, vol. 52, p. 12168-12178.

16. Maaø F. A., Gorelik L. Y. Photoconductance through quantum point contacts: Exact numerical results. Phys. Rev. B, 1996, vol. 53, p. 15885-15892.

17. Wyss R. A., Eugster C. C., del Alamo J. A., Hu Q. Far-infrared photon-induced current in a quantum point contact. Appl. Phys. Lett., 1993, vol. 63, p. 1522-1524.

18. Janssen T. J. B. M., Maan J. C., Singleton J., Patel N. K., Pepper M., Frost J. E. F., Ritchie D. A., Jones G. A. C. A new mechanism for high-frequency rectification in a ballistic quantum point contact. J. Phys.: Condens. Matter., 1994, vol. 6, p. L163-L168.

19. Wyss R. A., Eugster C. C., del Alamo J. A., Hu Q., Rooks M. J., Melloch M. R. Far-infrared radiation-induced thermopower in a quantum point contact. Appl. Phys. Lett., 1995, vol. 66, p. 1144-1146.

20. Song J. W., Aizin G. R., Mikalopas J., Kawano Y., Ishibashi К., Aoki N., Reno J. L., Ochiai Y., Bird J. P. Bolometric terahertz detection in pinched-off quantum point contacts. Appl. Phys. Lett., 2010, vol. 97, p. 083109.

21. Song J. W., Kabir N. A., Kawano Y., Ishibashi K., Aizin G. R., Mourokh L., Reno J. L., Merkelz A. G., Bird J. P. Terahertz response of quantum point contacts. Appl. Phys. Lett., 2008, vol. 92, p. 223115.

22. Levin A. D., Gusev G. M., Kvon Z. D., Bakarov A. K., Savostianova N. A., Mikhailov S. A., Rodyakina E. E., Latyshev A. V. Giant microwave photo-conductance of a tunnel point contact with a bridged gate. Appl. Phys. Lett., 2015, vol. 107, p. 072112.

23. Otteneder M., Kvon Z. D., Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Jaroshevich A. S., Rodyakina E. E., Latyshev A. V., Ganichev S. D. Giant Terahertz Photoconductance of Quantum Point Contacts in the Tunneling Regime. Phys. Rev. Appl., 2018, vol. 10, p. 0140157.

24. Ткаченко О. А., Ткаченко В. А., Квон З. Д. Фотонно-стимулированное прохождение электрона через туннельный точечный контакт в микроволновом поле // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 102. С. 417-422.

25. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Kvon Z. D. Response to the Comment on “Photon-Assisted Electron Transport through a Quantum Point Contact in a Microwave Field” (JETP Lett. 102, 378 (2015)). JETP Letters, 2016, vol. 103, p. 555-556.

26. Ткаченко О. А., Ткаченко В. А., Бакшеев Д. Г., Квон З. Д. Ступени терагерцового гигантского фотокондактанса туннельного точечного контакта // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 108, вып. 6. С. 422-427.

27. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Baksheyev D. G., Kvon Z. D. Steps of the Giant Terahertz Photoconductance of a Tunneling Point Contact. JETP Letters, 2018, vol. 108, no. 6, p. 396-401.

28. Ткаченко О. А., Ткаченко В. А. О температурной зависимости аномальных особенностей кондактанса и термоЭДС в квантовых точечных контактах // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 96. С. 804-808.

29. Baksheyev D. G., Tkachenko O. A., Tkachenko V. A. Modeling of high frequency field influence on electron transmission through quantum size structures. In: Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. Eds. V. E. Borisenko et al. Minsk, Belarus, 1995, p. 268-270.

30. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Baksheyev D. G. Resonant transmission of electrons in a quantum wire through a potential well with oscillating bottom. In: Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. Eds. V. E. Borisenko et al. Minsk, Belarus, 1995, p. 126-130.

31. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Baksheyev D. G., Jaroshevich A. S. Windows of full photon-assisted electron transmission via Stark ladder of semiconductor superlattice. In: Compound Semiconductors-95. Inst. Phys. Conf. Ser., 1996, no. 145, ch. 10, p. 1193-1198.

32. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Baksheyev D. G. Terahertz-field-induced recovery of resonant-electron transparency of semiconductor superlattices in electric field. J. Appl. Phys., 1997, vol. 81, p. 1771-1774.

33. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Baksheyev D. G. Multiple-quantum resonant reflection of ballistic electrons from a high-frequency potential step. Phys. Rev. B, 1995, vol. 53, p. 4672-4676.

34. Tkachenko O. A., Tkachenko V. A., Baksheyev D. G. Resonant Reflection, Cooling, and Quasitrapping of Ballistic Electrons by Dynamic Potential Barriers. Phys. Rev. B, 1996, vol. 54, p. 13452-13456.

35. Tkachenko O. A., Baksheyev D. G., Tkachenko V. A., Wojtsekhowski M. B. Dynamic Barriers in Uniform 2DEG as Splitter and Source of Electron Beams. Physica B, 1998, vol. 249-251, p. 373-376.

36. Tkachenko V. A., Tkachenko O. A., Kotkin G. L., Tupitsin V. G. Programs for modeling waves in quantum-size microstructures. Physica B, 1991, vol. 175, p. 75-79.

37. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика. М.: Наука, 1974.

38. Chitta V. A., de Bekker R. E. M., Maan J. C., Hawksworth S. J., Chamberlain J. M., Henini M., Hill G. Photon-assisted tunneling in sequential resonant tunneling devices. Semicond. Sci. Technol., 1992, vol. 7, p. 432-435.

39. Drexler H., Scott J. S., Allen S. J., Campman K. L., Gossard A. C. Photon-assisted tunneling in a resonant tunneling diode: stimulated emission and absorption in the THz range. Appl. Phys. Lett., 1995, vol. 67, p. 2816-2818.

40. Faist J., Capasso F., Sirtori C., Sivco D., Cho A. In: Intersubband transitions in quantum wells: physics and device applications II. Eds. H. C. Liu and F. Capasso. San Diego, Academic, 2000, vol. 66, ch. 1, p. 1-83.

41. Sokolovski D. Resonance tunneling in a periodic time-dependent external field. Phys. Rev. B, 1988, vol. 37, p. 4201-4208.

42. Sacks R. A., Szoke A. Electron scattering assisted by an intense electromagnetic field: Exact solution of a simplified model. Phys. Rev. A, 1989, vol. 40, p. 5614-5632.

43. Сумецкий М. Ю., Фельштын М. Л. Абсолютная прозрачность неупругого канала и фотовольтаический эффект при резонансном туннелировании через двухъямную гетероструктуру // Письма в ЖЭТФ. 1991. Т. 53. С. 24-27.

44. Hagmann M. J. Mechanism for resonance in the interaction of tunneling particles with modulation quanta. J. Appl. Phys., 1995, vol. 78, p. 25-29.