Traitement quantique original des interactions inélastiques pour la modélisation atomistique du transport dans les nano-structures tri-dimensionnelles

Original quantum treatment of inelastic interactions for modeling of atomistic transport in three-dimensional nanostructures

• Auteur / Autrice : Youseung Lee
• Direction : Marc Bescond, Mathieu Luisier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance le 18/10/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Dollfus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mads Brandbyge, Michel Lannoo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Delerue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie tridimensionnelle

Nanostructures

Nanoélectronique

Électrodynamique quantique

Green, Fonctions de

Mots clés libres

Le formalisme des fonctions de Green hors équilibre

Transport quantique

L’approximation auto-Cohérente de Born

Interactions entre électrons et phonons

Interactions entre phonons et phonons

Non-Equilibrium Green’s functions

Quantum transport

Self-Consistent Born approximation

Lowest order approximation

Electron-Phonon scattering

Phonon-Phonon scattering

Résumé

Le formalisme des fonctions de Green hors-équilibre (NEGF pour « Non-equilibrium Green’s function) a suscité au cours des dernières décennies un engouement fort pour étudier les propriétés du transport quantique des nanostructures et des nano-dispositifs dans lesquels les interactions inélastiques, comme la diffusion des électrons-phonons, jouent un rôle significatif. L'incorporation d'interactions inélastiques dans le cadre du NEGF s’effectue généralement dans l'approximation auto-cohérente de Born (SCBA pour « Self-consistent Born approximation) qui représente une approche itérative plus exigeante en ressources numériques. Nous proposons dans ce travail de thèse une méthode efficace alternative dite LOA pour (« Lowest Order Approximation. Son principal avantage est de réduire considérablement le temps de calcul et de décrire physiquement la diffusion électron-phonon. Cette approche devrait considérablement étendre l'accessibilité de l'utilisation de codes atomistiques de transport quantique pour étudier des systèmes 3D réalistes sans faire à des ressources numériques importantes.

Non-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism during recent decades has attracted numerous interests for studying quantum transport properties of nanostructures and nano-devices in which inelastic interactions like electron-phonon scattering have a significant impact. Incorporation of inelastic interactions in NEGF framework is usually performed within the self-consistent Born approximation (SCBA) which induces a numerically demanding iterative scheme. As an alternative technique, we propose an efficient method, the so-called Lowest Order Approximation (LOA) coupled with the Pade approximants. Its main advantage is to significantly reduce the computational time, and to describe the electron-phonon scattering physically. This approach should then considerably extend the accessibility of using atomistic quantum transport codes to study three-dimensional (3D) realistic systems without requiring numerous numerical resources.