A hybrid classical-quantum approach for ultra-scaled confined nanostructures : modeling and simulation^*

¹ Institut de Mathématiques de Toulouse, Université Paul Sabatier, 118 Route de Narbonne, 31062 Toulouse, France
² Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche - CNR, Via Ferrata 1, 27100 Pavia, Italy
e-mail: clement@imati.cnr.it & pietra@imati.cnr.it
³ UPMC Univ Paris 06, UMR 7598, Laboratoire Jacques-Louis Lions, F-75005, Paris, France
e-mail: vauchelet@ann.jussieu.fr

Abstract

We propose a hybrid classical-quantum model to study the motion of electrons in ultra-scaled confined nanostructures. The transport of charged particles, considered as one dimensional, is described by a quantum effective mass model in the active zone coupled directly to a drift-diffusion problem in the rest of the device. We explain how this hybrid model takes into account the peculiarities due to the strong confinement and we present numerical simulations for a simplified carbon nanotube.

Résumé

Nous proposons un modèle hybride classique-quantique pour décrire le mouvement des électrons dans des nanostructures très fortement confinées. Le transport des particules, consideré unidimensionel, est décrit par un modèle quantique avec masse effective dans la zone active couplé à un problème de dérive-diffusion dans le reste du domaine. Nous expliquons comment ce modèle hybride prend en compte les spécificités de ce très fort confinement et nous présentons des résultats numériques pour un nanotube de carbone simplifié.