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Nonequilibrium Green's functions modeling of optoelectronic devices
01TRKRV
A.A. 2024/25
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 15 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | h.Sem | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bertazzi Francesco | Professore Ordinario | IINF-01/A | 7,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** | 3 |
|---|
La simulazione numerica dei nanodispositivi optoelettronici moderni si basa spesso su modelli semiclassici con correzioni quantistiche che descrivono separatamente trasporto di carica e fenomeni ottici. L'obiettivo del corso è la presentazione di un metodo rigoroso basato sulle funzioni di Green fuori equilibrio per descrivere in modo autoconsistente entrambi gli aspetti oltre il limite semiclassico, con particolare attenzione ai fotorilevatori a superreticolo nella regione spettrale dell’infrarosso.
The course aims at providing interesting insights on how modern semiconductor nanodevices work, and to help students to read critically scientific articles devoted to this topic. If the course works, we’ll end up being able to use a rather sophisticated approach to model optoelectronic devices beyond the semiclassical limit. The numerical simulation of optoelectronic nanodevices is often based on "quantum corrected" semiclassical models treating separately carrier transport mechanims and optical phenomena. The aim of the course is to present a genuine quantum formalism based on non-equilibrium Green’s functions to adress both aspects self-consistently, with focus on far-infrared superlattice photodetectors.
Meccanica quantistica
Quantum mechanics
La simulazione numerica di dispositivi optoelettronici richiede una descrizione unificata di transizioni ottiche e meccanismi di trasporto di carica oltre i limite semiclassico. Tra i metodi che trattano entrambi questi due aspetti in modo rigoroso, il formalismo delle funzioni di Green fuori equilibrio basato sulla teoria quantistica dei campi e probabilmente il più elegante e versatile. Gli obiettivi del corso sono (1) spiegare i concetti chiave che definiscono il "linguaggio" del trasporto di carica quantistico (la rappresentazione delle interazioni tra portatori di carica, fononi e fotoni in termini di self-energia, le condizioni al contorno del sistema aperto, e la soluzioni autoconsistente delle equazioni di Dyson e Keldish), (2) illustrare il formalismo NEGF con esempi applicativi (fotorilevatori a superreticolo nell’infrarosso) da implementare in Matlab. Partendo da un’introduzione sulla seconda quantizzazione e attrezzati con diagrammi di Feyman per orientarci nella fisica dei sistemi a molti corpi, cercheremo di spiegare il metodo NEGF mediante esempi tecnologicamente rilevanti nel campo dell’optoelettronica.
The modeling of state-of-the-art optoelectronic devices requires a self-consistent description of optical transitions and carrier transport mechanisms. Among quantum-kinetic theories treating on equal footing both quantum optics and carrier transport, the non-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism, based on a quantum field theoretical approach to statistical mechanics, is probably the most powerful. In this course we try to achieve two goals: (1) explain the central concepts that define the "language" of quantum transport (system partitioning, self-energy representation of interactions, and the self-consistent solution procedure), and (2)
equipped wth Feyman diagrams to orient ourselves in the many-body realm, we will try to apply the NEGF theory to technologically-relevant examples (infrared superlattice photodetectors) to be implemented in Matlab.
In presenza
On site
Prova di laboratorio di natura pratica sperimentale o informatico
Laborartory test on experimental practice or informatics
P.D.1-1 - Febbraio
P.D.1-1 - February
• 26 Febbraio 2025 ore 9.30-12.30 - Sala Nyquist Dipartimento DET - Introduction to nonequilibrium Green’s functions (Prof. Francesco Bertazzi)
• 5 Marzo 2025 ore 9.30-12.30 - Sala Nyquist Dipartimento DET - Multiband models of the electronic structure (Prof. Jesus Gonzalez Montoya)
• 12 Marzo 2025 ore 9.30-12.30 - Sala Nyquist Dipartimento DET - From wavefunctions to Green’s functions (Prof. Francesco Bertazzi)
• 19 Marzo 2025 ore 9.30-12.30 - Sala Nyquist Dipartimento DET - Miniband transport in type-II superlattices (Prof. Jesus Gonzalez Montoya)
• 26 Marzo 2025 ore 9.30-12.30 - Sala Nyquist Dipartimento DET - Scattering self-energies: Beyond the coherent limit (Prof. Jesus Gonzalez Montoya)
• 26th February 2025 from 9.30 to 12.30 - Room Nyquist DET Department - Introduction to nonequilibrium Green’s functions (Prof. Francesco Bertazzi)
• 5th March 2025 from 9.30 to 12.30 - Room Nyquist DET Department - Multiband models of the electronic structure (Prof. Jesus Gonzalez Montoya)
• 12th March 2025 from 9.30 to 12.30 - Room Nyquist DET Department - From wavefunctions to Green’s functions (Prof. Francesco Bertazzi)
• 19th March 2025 from 9.30 to 12.30 - Room Nyquist DET Department - Miniband transport in type-II superlattices (Prof. Jesus Gonzalez Montoya)
• 26th March 2025 from 9.30 to 12.30 - Room Nyquist DET Department - Scattering self-energies: Beyond the coherent limit (Prof. Jesus Gonzalez Montoya)