改性半导体超晶格中的超混沌、间歇性、噪声与无序

在直流偏压下的弱耦合半导体超晶格是具有多个自由度的非线性系统，其非线性源于电子的顺序隧穿。它们可能在室温下表现出自发混沌，并可作为快速物理随机数发生器器件。本文提出了一个通用的顺序输运模型，该模型考虑了量子阱和势垒处不同的电压降，并包含了由于超晶格外延生长引起的噪声和涨落。具有相同周期的超晶格中电流的兴奋性和振荡源于电荷偶极子波的成核和运动，这些波在电流降至临界值以下时在发射极接触处形成。插入更宽的阱通过允许在改性阱处成核以及更复杂的动力学，增加了超晶格的兴奋性。此时，在扩展的直流电压范围内可能出现超混沌和不同类型的间歇混沌。本征散粒噪声和热噪声以及外部噪声对混沌吸引子产生的影响较小。然而，由生长涨落引起的随机无序可能抑制任何规则或混沌的电流振荡。数值模拟表明，当外延生长引起的涨落的标准差低于 0.024 nm（单个单层的 10%）时，超过 70% 的样品保持混沌状态，而当标准差为 0.015 nm 时，无序会抑制混沌。