작은 포물형 양자점의 정확한 상관에너지

전문가 제언

○ 현재 상용화 단계를 목표로 하는 많은 반도체 칩들이 초고집적, 초고성능, 초저소비전력 시스템을 요구하고 있다. 지금 통용되고 있는 CMOS는 한 번의 스위칭을 위해서 1만~10만 개의 전자가 동원된다. 그런데 SET (single electron transistor)는 한 개의 전자를 고속으로 스위칭 할 수 있다. 이러한 SET는 양자점(QD, quantum dot)으로 이루어진 브리지를 부동게이트 전압으로 조절하여 전자를 하나씩 소스에서 드레인 쪽으로 보내는 장치다.

○ 반도체의 크기가 100~1000nm 크기의 응집물질의 물리특성을 기술하는 물리학 분야가 바로 메조스코픽(mesoscopic) 물리다. SET를 비롯하여 LED, 스핀트로닉스, QD 솔라셀 등 나노 테크놀로지는 기본적으로 양자역학적 개념이 출발점이 된다. 현재 국내 80개 대학에 물리학과가 설치되어 있어서 우리나라의 메조스코픽 물리 연구의 기본 역량은 매우 우수한 편에 속한다.

○ 다체 전자시스템을 다루기 위해서 주로 Hartree-Fock(HF) 근사를 취한다. 그런데 기본적으로 HF 근사는 평균장(mean field) 근사를 가정하기 때문에 전자들 간의 쿨롱 상호작용에 의하여 전자들의 확률밀도가 달라지므로 해밀토니안이 변해서 시스템의 에너지 계산이 다르게 나온다. 그러므로 HF 근사에 의한 계산값은 Quantum Monte Carlo(QMC) 방법으로 정확하게 계산한 비상대론적 계산값과 일정한 차이가 있는데 이때의 차이가 바로 상관에너지(correlation energy)이다.

○ 이 리뷰는 전자구조를 결정하는 방법으로 Configuration Interaction (CI) 근사법을 이용하여 전자를 포함하는 양자점의 에너지를 계산한 것이다. 결과는 VMC/DMC 계산결과와 비교하여 1~2 자릿수 정도 에러가 있었으며, N≤7의 경우 기저상태의 에너지는 2~3 mHa* 차이가 있었을 뿐이며 특히 N=3일 때는 정확하게 일치하였다. 특히 성긴 해밀토니안 행렬 요소계산을 필요할 때만 수행하는 방법으로 메모리를 절약할 수 있음을 보였다. 정확한 전자구조 계산에 관심 있는 메조스코픽 연구 수행자를 위해 이를 추천한다.

저자

S.A.Brundell and K.Joshi

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

기초과학

연도

2010

권(호)

81(11)

잡지명

Physical Review: B

과학기술
표준분류

기초과학

페이지

11532301~11532311

분석자

윤*중

분석물

• 작은 포물형 양자점의 정확한 상관에너지.pdf [404,555 byte]

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