Наноэлектроника «снизу — вверх»

Description

Книга посвящена современной наноэлектронике в концепции «снизу – вверх», основы которой были заложены еще Рольфом Ландауэром, а ныне активно развиваемой Суприе Даттой, Марком Лундстромом и другими исследователями. Подробно рассмотрена обобщенная модель транспорта электронов и переноса тепла в микро- и наноэлектронике, одинаково пригодная для 0D, 1D, 2D и 3D резисторов произвольного масштаба, характеризуемых любой наперед заданной дисперсией и работающих в баллистическом, диффузионном и промежуточных режимах. В первой части рассматривается классический транспорт, а во второй – квантовый, включая начала спинтроники, магнетроники и молекулярной электроники, на основе метода неравновесных функций Грина в матричном представлении вплоть до квантовой природы классики. Книга предназначена прежде всего для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей университетов естественно-научного профиля, как физиков, химиков, так и будущих электроинженеров. Чтобы сделать книгу доступной даже студентам младших курсов, пожалуй, достаточно знать лишь основы линейной алгебры и дифференциальных уравнений, а в области физики понадобятся лишь самые начальные сведения из квантовой механики. Вместе с тем в книге используются новые подходы в преподавании весьма сложных разделов общей физики, что позволило включить в книгу новейшие результаты в области нанофизики, в частности, спинтроники, мало известные русскоязычной университетской аудитории. 2 Подтитул......Page 1 3-4 Предисловие (2 стр_3-4)......Page 4 5 Содержание (10 стр_5-14)......Page 6 6 Глава 1 (74 стр_15-88)......Page 16 7 Глава 2 (86 стр_89-174)......Page 90 8 Глава 3 (26 стр_175-200)......Page 176 9 Глава 4 (18 стр_201-218)......Page 202 10 Глава 5 (20 стр_219-238)......Page 220 11 Глава 6 (24 стр_239-262)......Page 240 12 Глава 7 (46 стр_263-308)......Page 264 Закон сохранения энергии предполагает, что......Page 310 С использованием первого закона термодинаміки (2) это означает, что......Page 311 Ответ на поставленный вопрос состоит в следующем. Модель резистора должна быть такой, чтобы гарантировать, что для всех процессов, включающих обмен энергией и электронами резистора с контактом, поддерживаемым при электрохимическом потенциале и темпе.........Page 312 Если все эти процессы подчиняются уравнениям (13) и (14), то......Page 313 Асимметрия выделения и поглощения энергии привычна настолько, что мы и не замечаем ее. Если речь зайдет, скажем, об атоме водорода, и его единственный электрон пусть находится в возбужденном состоянии 2р, он немедленно вернется в основное состояние 1s.........Page 315 Энтропия определена. Теперь можно второй закон термодинамики (3) переписать иначе. Из рис. 1 следует, что......Page 317 При нулевой температуре любая система частиц, достигая равновесия с окружающей средой, приходит в состояние с наименьшей возможной энергией. Как уже упоминалось, это связано с тем, что при нулевой температуре система частиц может только излучать энерг.........Page 318 Обращаясь к уравнению (13), получаем......Page 319 фоковское состояние для электрона (справа).......Page 321 Согласно закону Больцмана, вероятность того, что система заполнена бозонами......Page 322 Среднее число электронов в системе......Page 323 Рассмотрим систему невзаимодействующих локализованных спинов, например, магнитных примесей в канале проводимости. В состоянии равновесия половина спинов случайным образом ориентирована вверх, а другая половина – вниз (рис. 10).......Page 324 Полное число возможностей получить набор подсистем будет......Page 325 Энергия системы......Page 326 Система в равновесном состоянии не содержит информации, поскольку состояние равновесия не зависит от предистории системы, оказавшейся в своем равновесном состоянии. Обычно информация содержится в системе, которая «застряла» в каком-то своем неравновес.........Page 327 Рис. 11. Равновесная (слева) и неравновесная (справа) системы локализованных спинов.......Page 328 Оно может представлять из себя спиновый вентиль (глава 9) с антипараллельной ориентацией намагниченности контактов, в котором ферромагнитный исток может инжектировать в проводник и экстрагировать из проводника только электроны со спином «вверх», а фер.........Page 330 Поскольку и учитывая, согласно (59), что......Page 332 До сих пор утверждалось, что система со всеми спинами «вверх» имеет бóльшую свободную энергию по сравнению с рандомизированной системой спинов в равновесном состоянии и эту разницу в свободной энергии в принципе можно извлечь и превратить в полезную р.........Page 333 Идея о том, что обладание полными сведениями о метастабильном состоянии системы позволяет создать аккумулятор на ее основе, перекликается с принципом Ландауэра о том, какой минимум энергии необходим, чтобы стереть один бит информации [18, 19].......Page 334 Информационно-управляемый аккумулятор имеет прямое отношение к демону Максвелла [21, 22], который во-время открывая и закрывая щель между двумя резервуарами «горячие» частицы пропускает только в правый резервуар, а «холодные» – только в левый (рис. 15).......Page 335 Резервуары Контакты......Page 336 Литература......Page 337 14 Глава 9 (24 стр_339-362)......Page 340 15 Глава 10 (62 стр_363-424)......Page 364 16 Глава 11 (82 стр_425-504)......Page 426 Волновая функция отдельного спина в системе А......Page 497 Вернемся к информационно-управляемому аккумулятору (§ 8.8), по ходу работы которого энтропия растет. А как именно это происходит?......Page 499 17 Глава 12 (31 стр_505-535)......Page 506