کلید واژگان: نقطه کوانتومی- پاد نقطه کوانتومی– اثر راشبا- اثر درسلهوس- اثر پائولیفهرست مطالب فصل اول:مقدمه. 2فصل دوم: نانو ساختارها2-1-ویژگیهای نانو ساختارها82-2-چگالی حالتها.............................. 102-2-1- چگالی حالت در سامانه های گسترده (ماده کپهای)102-2-2- چگالی حالت سامانه‌هایی با یک بعد در مقیاس نانو یا یک بعد کوانتیده(چاه کوانتومی). 122-2-3-چگالی حالت سامانه‌هایی با دو بعد در مقیاس نانو یا دوبعد کوانتیده(سیم کوانتومی). 142-2-4- چگالی حالت سامانه‌هایی با سه بعد در مقیاس نانو یا سه بعد کوانتیده(نقطه کوانتومی)162-3- ناخالصی‌ها................................ 172-3-1- نیمرساناهای غیرذاتی نوع... 182-3-2- نیمرساناهای غیرذاتی نوع ... 192-4-نقطه کوانتومی هیدروژنی دو بعدی............ 202-5-پادنقطه کوانتومی هیدروژنی دوبعدی. 23 فصل سوم: انواع برهم‌کنش‌های اسپین مدار3-1- استخراج برهم‌کنش اسپین-مدار از معادلات دیراک. 273-2-اثرراشبا. 313-3- اثر درسلهوس. 323-4- اثر........ 333-5- بازگشت زمان و تبهگنی کرامرز. 353-5-1- عملگرهای غیر یکانی. 363-5-2- بازگشت زمان. 373-6- تقارن وارونگی. 403-7- هامیلتونی تحت تقارن بازگشت زمان و وارونگی فضا 41 فصل چهارم: تصحیحات انرژی ناشی از برهم‌کنش‌های اسپین- مدار در پادنقطهکوانتومی هیدروژنی4-1- پادنقطه کوانتومی هیدروژنی دو بعدی مدور. 454-2- اختلال تبهگن مرتبه اول. 474-3- اختلال تبهگن مرتبه دوم. 484-4- تصحیح انرژی ناشی از جفتیدگی راشبا. 494-5-تصحیح انرژی ناشی از جفتیدگی درسلهوس. 534-6-تصحیح انرژی ناشی از جفتیدگی (پائولی). 55 منابع منابع فارسی .................................منابع انگلیسی ............................... چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی فهرست جدول جدول 4‑1 ویژه مقادیر انرژی برای شعاع‌های مختلف پادنقطه هیدروژنی 46فهرست شکل‌ها عنوان صفحه شکل 1-1- مقابسه روش بالا به پایین و روش پایین به بالا 3شکل 2-1- طرحواره یک سامانه کپهای.............. 10شکل 2-2-چگالی حالت برای یک سامانه کپهای....... 12شکل 2-3- الکترون در یک سامانه دو بعدی......... 13شکل 2-4- چگالی حالتها برای یک سامانه با یک بعد کوانتیده (محدودیت در یک بعد)................................... 14شکل 2-5- سیم کوانتومی - جامد یک بعدی.......... 14شکل 2-6- چگالی حالتها برای سیم کوانتومی....... 16شکل 2-7- الکترون در یک نقطه کوانتومی.......... 16شکل 2-8- چگالی حالتها برای نقطه کوانتومی...... 17شکل 2-9- نیمرسانای غیر ذاتی نوع N و P........ 19شکل 2-10- پتانسیل نقطه هیدروژنی............... 21شکل 2-11- پتانسیل پادنقطه هیدروژنی............ 24شکل 3-1- الکترون در حال حرکت در یک مدار دایروی از دیدگاه هسته34شکل 3-2- تحول زمانی در فضای هیلبرت با حرکت پیکانها 37شکل 4-1- تغییرات انرژی حالت پایه، اولین حالت برانگیخته و دومین حالت برانگیخته برحسب شعاع پادنقطه....................... 47شکل 4-2- تغییرات انرژی تصحیح یافته بر حسب پارامتر راشبا 52شکل 4-3- انرژی تصحیح یافته ناشی از جفتیدگی راشبا بر حسب شعاع پادنقطه...................................... 53شکل 4-4- تغییرات انرژی تصحیح یافته بر حسب پارامتر درسلهوس 54شکل 4-5- انرژی تصحیح یافته ناشی از جفتیدگی درسلهوس برحسب شعاع پادنقطه...................................... 55شکل 4-6- تغییرات انرژی اسپین - مدار پائولی بر حسب شعاع پادنقطه............................................. 56شکل 4-7- شکافتگی حالتها ناشی از هر سه جفتیدگی. 58فصل اولقرن بیست و یکم، قرن فناوری نانو، مهمترین دوران صنعت به شمار میرود. فناوری نانو واژهای کلی است که به تمام فناوریهای پیشرفته در عرصه کار در مقیاس نانومتر اطلاق میشود. ایده نانوتکنولوژی توسط فیزیکدان آمریکایی ریچارد فاینمن[1] در یک سخنرانی در انجمن فیزیک آمریکا در دسامبر 1959 با عنوان «در پایین دست فضای زیادی وجود دارد»مطرح شد] 1و2[. اصطلاح نانو تکنولوژی برای نخستین بار در سال 1974 توسط دانشمند ژاپنی نوریو تانیگوچی[2]در یک روزنامه تحت عنوان «موضوع و مفهوم اصلی و پایهای نانو تکنولوژی» بکار برده شد ]3[. واژه نانو تکنولوژی مجددا توسط اریک درکسلر[3] در سال 1986 در کتابی تحت عنوان « موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری نانو » تعریف شد ]4[. وی این واژه را به طور دقیق تری در رساله دکتری خود مورد بررسی قرار داد و بعد آنرا در کتابی به نام « نانو سیمها، ماشینهای مولکولی، چگونگی ساخت و محاسبات آنها » توسعه داد] 5،6[. دانش نانو مطالعهی پدیدهها و بکارگیری مواد در مقیاسهای اتمی و مولکولی است که به طور عمده ویژگی های آنها با خواصشان در مقیاسهای بزرگتر تفاوت دارد. وقتی ذرات درمحیطی با مقیاس نانو (محدوده کمتر از 100 نانومتر) قرار میگیرند، برای توصیف رفتار آنها، اصول مکانیک کوانتومی بر اصول فیزیک کلاسیک غلبه میکند. آنچه که فناوری نانو را از فناوریهای دیگر متمایز میکند این است که در فناوری نانو، زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار میگیرد، خصوصیات ذاتی آن از جمله رنگ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی وهمچنین خواصی مثل نقطهی ذوب، رسانایی الکتریکی و پذیرفتاری مغناطیسی به صورت تابعی از اندازهی ماده تغییر میکند. به عنوان مثال شیشههای رنگی قرون وسطی که از پاشیدن ذرات ریز طلا به داخل شیشه، ساخته میشدند نتیجه ای از تغییر رنگ طلا (رنگ زرد اصلی به رنگ آبی، سبز یا قرمز دیده میشد) در مقیاس نانو بوده است ]6و7[. امروزه ساختارهای نانو از نظر تکنولوژی در دسترس هستند. دو روش متداول برای ساخت و طراحی مواد در حوزه فناوری نانو وجود دارد:1- روش بالا به پایین: خردسازی یک سامانه ماکروسکوپی تا رسیدن به مقیاس نانو میباشد. رویکرد بالا به پایین شامل روش هایی مثل لایه نشانی ماوراء بنفش، لایه نشانی پرتو الکترونی، پرتو مولکولی و پرتو یونی متمرکز و لایه نشانی نانو حک وغیره میباشد. 2- روش پایین به بالا: در این روش اتمها و مولکولها به طور خیلی دقیق کنار هم قرار داده میشوند تا به یک ساختار نانو مقیاس برسیم که این به واسطه خاصیت خود آرایی قابل حصول میباشد. روشهایی مانند خشک کنندگی گرمایی، لایه نشانی کلوییدی و روشهای شیمیایی دیگر در رویکرد پایین به بالا هستند ]6و8و9[.شکل 1-1 مقابسه روش بالا به پایین و روش پایین به بالا.از اینرو بیش از سه دهه است که یک حوزه مهم از پژوهش وتحقیق تحت علم نانو تشکیل شده است. در این حوزه ساختارهای نیمرسانا با بعد کم مانند سیم کوانتومی[4]، چاه کوانتومی[5]، نقطه کوانتومی[6] و پادنقطه کوانتومی[7]،به دلیل ویژگی های اساسی آنها وکاربرد وسیعشان مورد توجه قرار گرفته اند ]10،11[. از میان ساختارهای نیمرسانای نانو مقیاس، پادنقطه کوانتومی اخیراً مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. محدودیت کوانتومی حاملهای بار در پادنقطه کوانتومی منجر به تشکیل ترازهای انرژی گسسته میشود. خواص اپتیکی و الکترونیکی این سامانهها در ابعاد فضایی کاهش یافته با تغییر در طراحی ساختار ابعاد آنها قابل کنترل است و به همین علت نیمرساناهای محدود شده کوانتومی در زمینههای اپتیک غیرخطی و میکروالکترونیک کاربرد دارند ]12و13.[ علاوه بر این پدیدههای وابسته به اسپین به عنوان عامل اصلی در پیدایش تکنولوژی اسپینترونیک بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. اسپینترونیک یا به عبارتی الکترونیک اسپینی، شامل مطالعه، کنترل و دستکاری درجه آزادی اسپین در سامانههای حالت جامد است ]14[. اسپینترونیک در پی ساخت وسایلی است که از درجه آزادی اسپین، درکنار یا به جای جریان بار استفاده میشود. این ابزارها میتوانند کاربردهای متنوعی از جمله رمزگذاری اطلاعات، انتقال و پردازش اطلاعات داشته باشند ]15[.مزایای استفاده از این ابزارها افزایش سرعت پردازش دادهها و کاهش مصرف انرژی الکتریکی میباشد ]16[. تفاوت برجسته بین (میکرو) الکترونیک و اسپینترونیک به طور مختصر به شرح زیر است ]17[: در فناوری الکترونیک اساس ویژگیهای بار الکترون بوده اما فناوری اسپینترونیک بر ویژگی ذاتی اسپین الکترونها، اسپین بنا میشود. بدین ترتیب الکترونیک بر مبنای ویژگیهای فیزیک کلاسیک در حالیکه اسپینترونیک بر مبنای مکانیک کوانتومی است. به عبارت دیگر الکترونیک بر اساس تعداد بارها و انرژی آنها اما اسپینترونیک بر اساس دو حالت اسپینی، اسپین بالا و اسپین پایین است. واضح است که اثر میدان الکتریکی در (میکرو) الکترونیک و میدان مغناطیسی در اسپینترونیک از اهمیت بسزایی برخوردار است. از دیگر نکات برجسته در فناوری اسپینترونیک آن است که، در اسپینترونیک سرعت زیاد و توان اتلاف و نیروی مصرفی کم است اما در الکترونیک سرعت محدود و توان اتلاف زیاد است.