Фотоіндуковані зсуви рівня Фермі та енергетична модуляція резонансних станів у двобар'єрних резонансно-тунельних наноструктурах
Анотація
У цій роботі представлено теоретичний аналіз механізмів квантового тунелювання під впливом збудження енергією фотонів у межах формалізму Ландауера–Бюттікера. Дослідження розглядає ефекти поглинання фотонів під час резонансного тунелювання, що призводять до модифікації розподілу Фермі–Дірака та зсувів хімічних потенціалів. Показано, що процеси фотогенерації, індуковані оптичним збудженням, підвищують ймовірність тунелювання, спричиняють енергетичне розширення функції проходження та призводять до зсуву резонансного піка на вольт-амперних характеристиках (ВАХ). На основі запропонованої моделі встановлено нелінійну залежність квантової провідності від енергії фотонів, а також теоретично доведено, що підвищення енергії фотонів призводить до посилення тунельної провідності. Розроблений підхід забезпечує глибше розуміння явищ квантового транспорту під впливом оптичного збудження та створює нове теоретичне підґрунтя для проєктування систем транспорту з оптичним керуванням у пристроях наноелектроніки.
Завантаження
Посилання
S. Datta, Quantum Transport: Atom to Transistor, (Cambridge University Press, Cambridge, 2005).
L.L. Chang, L. Esaki, and R. Tsu, “Resonant tunneling in semiconductor double barriers,” Applied Physics Letters, 24(12), 593 595 (1974). https://doi.org/10.1063/1.1655067
S.M. Sze, Y. Li, and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 4th Edition, (Wiley, 2021).
K. Xu, E. Wynne, and W. Zhu, “Resonant Tunneling and Negative Differential Resistance in Black Phosphorus Vertical Heterostructures,” Advanced Electronic Materials, 6(8), 2000318 (2020). https://doi.org/10.1002/aelm.202000318
B. Romeira, L.M. Pessoa, H.M. Salgado, C.N. Ironside, and J.M.L. Figueiredo, “Photo-Detectors Integrated with Resonant Tunneling Diodes,” Sensors, 13(7), 9464–9482 (2013). https://doi.org/10.3390/s130709464
A.C. Seabaugh, and Q. Zhang, “Low-Voltage Tunnel Transistors for Beyond CMOS Logic,” Proceedings of the IEEE, 98(12), 2095–2110 (2010). https://doi.org/10.1109/JPROC.2010.2070470
R. Landauer, “Electrical resistance of disordered one-dimensional lattices,” Philosophical Magazine, 21(172), 863–867 (1970). https://doi.org/10.1080/14786437008238472
M. Büttiker, “Four-terminal phase-coherent conductance. Physical Review Letters,” 57(14), 1761–1764 (1986). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.57.1761
P. Acharya, N. Kumar, A. Dixit, J. Lee, and V. Georgiev, “Impact of interface roughness correlation on resonant tunnelling diode variation,” Scientific Reports, 15, 26815 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-07720-0
M. Van Ta, et al., “Terahertz resistor-coupled arrayed resonant-tunneling-diode oscillators with high DC-to-RF efficiency using metal-insulator-metal capacitor,” REV Journal on Electronics and Communications, 14(3), 39–43 (2024). https://doi.org/10.21553/rev-jec.377
M. Sun, et al., “High-frequency resonant tunneling diodes,” IEEE Trans. Electron Devices, 60, 3077–3083 (2013). https://doi.org/10.1109/TED.2013.2274479
K. Kinoshita, et al., “Negative Differential Resistance Device with High Peak-to-Valley Ratio Realized by Subband Resonant Tunneling of Γ-Valley Carriers in WSe₂/h-BN/WSe₂ Junctions,” ACS Nano, 18(42), 28968–28976 (2024). https://doi.org/10.1021/acsnano.4c09569
Z. Zhang, et al., “Toward High-Peak-to-Valley-Ratio Graphene Resonant Tunneling Diodes,” Nano Letters, 23(17), 8132–8139 (2023). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02281
J. Encomendero, V. Protasenko, D. Jena, and H.G. Xing, “Defeating broken symmetry with doping: Symmetric resonant tunneling in noncentrosymmetric heterostructures,” Physical Review B, 107, 125301 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.125301
F.A. Giyasova, and M.A. Yuldoshev, “Investigation of temporal characteristics of photosensitive heterostructures based on gallium arsenide and silicon,” Chalcogenide Letters, 22(2), 123–129 (2025). https://doi.org/10.15251/CL.2025.222.123
Sh.B. Utamuradova, F.A. Giyasova, K.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, M.R. Bekchanova, and B. Ismatov. “Current Transfer Mechanism in A Thin-Based Heterosystem Based on A2B6 Compounds,” East Eur. J. Phys. (3), 325 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-31
F.A. Giyasova, A.Z. Rakhmatov, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, F.A. Giyasov, A.N. Olimov, and N.A. Sattarov, “Physical Principles of Photocurrent Generation in a Silicon-Based Photodiode Structure with a Schottky Barrier,” East Eur. J. Phys. (4), 397 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-38
M. Uktamova, and Sh. Mamadaliev, “Three-dimensional modeling of the relationship between static tunneling and the optical absorption coefficient in tunnel diodes,” Results in Optics, 22, 100950 (2026). https://doi.org/10.1016/j.rio.2025.100950
Sh. B. Utamuradova, F. A. Giyasova, M. S. Paizullakhanov, S. Yu. Gerasimenko, M. A. Yuldoshev, S. R. Boydedayev, M. R. Bekchanova, “Investigation of the functional capability of modified silicon-based photodiodes structure,” Chalcogenide Letters 22(8), 753 – 764 (2025). https://doi.org/10.15251/CL.2025.228.753
Z.T. Azamatov, Sh.B. Utamuradova, M.A. Yuldoshev, and N.N. Bazarbaev, “Some properties of semiconductor-ferroelectric structures,” East Eur. J. Phys. (2), 187-190 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-19
F.A. Giyasova, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, I.B. Sapaev, R.G. Ikramov, F.A. Giyasov, M.R. Bekchanova, et al., “Study of the influence of temperature on the transitions of the CdS/Si/CdTe heterosyste,” East Eur. J. Phys. (4), 461 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-47
M.G. Dadamirzaev, M.K. Uktamova, Sh. Rakhmanova, and G.A. Ibadullayev, “Simulation of tunnel diode I-V Characteristics with photocurrent and phonon-assisted processes,” East Eur. J. Phys. (4), 675-681 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-73
M. Acciai, L. Arrachea, and J. Splettstoesser, “Quantum transport phenomena induced by time-dependent fields,” La Rivista del Nuovo Cimento, 48(10), 653–798 (2025). https://doi.org/10.1007/s40766-025-00074-3
G. Platero, R. Aguado, “Photon-assisted transport in semiconductor nanostructures,” Physics Reports, 395(1–2), 1–157 (2004). https://doi.org/10.1016/j.physrep.2004.01.004
B. Kaestner, and V. Kashcheyevs, “Non-adiabatic quantized charge pumping with tunable-barrier quantum dots: A review of current progress,” Reports on Progress in Physics, 78(10), 103901 (2015). https://doi.org/10.1088/0034-4885/78/10/103901
A. Rogalski, P. Martyniuk, and M. Kopytko, “Type-II superlattice photodetectors versus HgCdTe photodiodes,” Progress in Quantum Electronics, 68, 100228 (2019). https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2019.100228
Gulyamov, G., Dadamirzayev, M. G., Uktamova, K. M., & Mislidinov, B. Z. “The effect of a heated electron on the VAX of a tunnel diode,” AIP Conference Proceedings, 2700(1), 050007 (2023). https://doi.org/10.1063/5.0126516
G. Gulyamov, S.B. Utamuradova, M.G. Dadamirzaev, N.A. Turgunov, M.K. Uktamova, K.M. Fayzullaev, A.I. Khudayberdiyeva, and A.I. Tursunov, East Eur. J. Phys. (2), 221 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-24
M.G. Dadamirzaev, M.K. Uktamova, S.R. Boydedayev, M.A. Yuldoshev, and S.H. Mamadaliev, “Theoretical Analysis of Photon-Energy-Controlled Quantum Tunneling Mechanisms Based on the Landauer–Büttiker Formalism,” Physics AUC, 35, 76-84 (2025). https://share.google/EqKveBzVq9UCc2Ndc
P.R. Berger, G. Gulyamov, M.G. Dadamirzaev, M.K. Uktamova, and S.R. Boidedaev, “Influence of Microwave and Magnetic Fields on the Electrophysical Parameters of a Tunnel Diode,” Romanian Journal of Physics, 69(3–4), Article 609 (2024). https://doi.org/10.59277/RomJPhys.2024.69.609
U.I. Erkaboev, and R.G. Rakhimov, “Determination of the Dependence of Transverse Electrical Conductivity and Magnetoresistance Oscillations on Temperature in Heterostructures Based on Quantum Wells,” e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 22(2), 98–106 (2024). https://doi.org/10.1380/ejssnt.2023-070
U.I. Erkaboev, R.G. Rakhimov, “Oscillations of Transverse Magnetoresistance in the Conduction Band of Quantum Wells at Different Temperatures and Magnetic Fields,” Journal of Computational Electronics, 23(2), 279–290 (2024). https://doi.org/10.1007/s10825-024-02130-3
Авторське право (c) 2026 Шохжахон О. Мамадалієв, Мухаммаджон Г. Дадамірзаєв, Мунірахон К. Уктамова, Собіржон Р. Бойдедаєв, Кудіратулла Б. Умаров, Юсуф Усманов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
