Предисловие ..................................................... 7

Глава 1. Размерное квантование .................................. 9
1.1  Квантовые мембраны, нити и капли ........................... 9
1.2  Условия наблюдения эффектов квантового ограничения ........ 13
1.3  Двумерные структуры с электронным газом ................... 14
1.4  Квантовые провода и точки ................................. 19
Задания ........................................................ 21

Глава 2. Энергетический спектр частицы в потенциальной яме ..... 22
2.1  Движение частицы в прямоугольной потенциальной яме ........ 22
2.2  Движение частицы над потенциальной ямой ................... 26
2.3  Треугольная потенциальная яма ............................. 28
2.4  Структура с двумя квантовыми ямами ........................ 31
Задания ........................................................ 33

Глава 3. Прохождение частиц через потенциальные барьеры ........ 35
3.1  Рассеяние частиц на потенциале в виде ступеньки ........... 35
3.2  Потенциальный барьер конечной ширины. Туннельный эффект ... 38
3.3  Интерференционные эффекты при прохождении частицы над
     барьером .................................................. 40
Задания ........................................................ 42

Глава 4. Квантовые структуры с несколькими потенциальными
барьерами ...................................................... 44
4.1  Прохождение частиц через два потенциальных барьера ........ 44
4.2  Вертикальный транспорт. Резонансный туннельный диод ....... 48
4.3  Вольт-амперная характеристика резонансного туннельного
     диода ..................................................... 51
Задания ........................................................ 53

Глава 5. Сверхрешетки .......................................... 55
5.1  Создание гетероструктур и сверхрешеток методом
     молекулярно-пучковой эпитаксии ............................ 55
5.2  Виды сверхрешеток ......................................... 57
5.3  Энергетический спектр сверхрешетки. Минизоны .............. 58
5.4  Вольт-амперная характеристика сверхрешетки. Осцилляции
     Зенера — Блоха ............................................ 60
5.5  Сверхатомы ................................................ 64
Задания ........................................................ 65

Глава 6. Плотность электронных состояний в низкоразмерных
системах ....................................................... 67
6.1  Функция плотности состояний трехмерных систем ............. 67
6.2  Функция плотности состояний двумерных систем .............. 69
6.3  Функции плотности состояний одно- и нульмерных систем ..... 71
6.4  Функция плотности энергетических состояний сверхрешетки ... 74
6.5  Концентрация электронов в низкоразмерных системах ......... 75
Задания ........................................................ 78

Глава 7. Фононы в сверхрешетках ................................ 81
7.1  Колебания одномерной цепочки. Акустические и оптические
     колебания ................................................. 81
7.2  Колебания одномерной сверхрешетки ......................... 86
7.3  Свертывание акустических ветвей и локализация фононов ..... 89
Задания ........................................................ 91

Глава 8. Транспортные явления в низкоразмерных системах ........ 92
8.1  Общие сведения ............................................ 92
8.2  Время релаксации и подвижность ............................ 95
8.3  Баллистический транспорт. Квантованная проводимость.
     Формула Ландауэра ......................................... 96
8.4  Эффекты квантовой интерференции. Локализация квантовых
     состояний ................................................ 100
Задания ....................................................... 102

Глава 9. Интерференционные квантовые явления .................. 103
9.1  Эффект Ааронова - Бома ................................... 103
9.2  Кулоновская блокада ...................................... 107
Задания ....................................................... 111

Глава 10. Оптические свойства низкоразмерных структур ......... 113
10.1 Общие сведения ........................................... 113
10.2 Вероятность спектроскопического перехода ................. 114
10.3 Оптические переходы между подзонами ...................... 116
10.4 Оптические переходы между зонами ......................... 119
10.5 Экситоны в наноструктурах ................................ 122
10.6 Эффект Франца - Келдыша .................................. 125
Задания ....................................................... 126

Глава 11. Квантовые осцилляции в магнитном поле ............... 127
11.1 Уровни Ландау ............................................ 127
11.2 Плотность электронных состояний в магнитном поле ......... 129
11.3 Степень вырождения уровня Ландау ......................... 132
11.4 Осцилляции Шубникова — де Гааза .......................... 133
11.5 Эффект де Гааза — ван Альфена ............................ 136
Задания ....................................................... 137

Глава 12. Квантовый эффект Холла .............................. 139
12.1 Общие сведения ........................................... 139
12.2 Целочисленный квантовый эффект Холла ..................... 140
12.3 Дробный квантовый эффект Холла ........................... 144
Задания ....................................................... 149

Глава 13. Мезоскопические устройства и низкоразмерные
структуры в наноэлектронике ................................... 151
13.1 Лазеры на основе квантовых ям и квантовых точек .......... 151
13.2 Оптические модуляторы .................................... 154
13.3 Приемники света на основе сверхрешетки nipi .............. 155
13.4 Одноэлектронная помпа .................................... 156
13.5 Клеточные автоматы на основе квантовых точек ............. 158
13.6 Квантовые компьютеры ..................................... 160
13.7 Зависимости физических свойств мезоматериалов от
     размеров образца ......................................... 162

Глава 14. Спинтроника ......................................... 164
14.1 Гигантское магнетосопротивление .......................... 164
14.2 Спиновые вентили. Считывающая головка .................... 170
14.3 Эффект Кондо и квантовые точки ........................... 172

Глава 15. Молекулярная электроника ............................ 176
15.1 Общие сведения ........................................... 176
15.2 Возможные механизмы передачи информации в молекулярных
     системах ................................................. 177
15.3 Электронная структура атомов углерода, азота, кислорода
     и кремния ................................................ 178
15.4 Проводящие полимеры, аккумуляторы ........................ 182
15.5 Примеры устройств молекулярной электроники ............... 184

Литература .................................................... 189