二维抛物量子点中激子——声子系统声子压缩态的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文二维抛物量子点中激子——声子系统声子压缩态的研究姓名：王尚申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：成泽20090510们发现了一些前人所没有发现的东西，过去的理论需要改进。由于单电子近似是能带论的基础，在上面的图中不考虑准粒子间的作用关系，独立电子—空穴对的最低的激发能量为E。不考虑单电子近似，同时考虑电子与空g穴之间的相互作用使得他们之间的形成束缚对，系统的能量被降低。这说明，电子和空穴不再是独立的粒子，而是电子—空穴的束缚态，这样就出现了能级低于禁带宽度E的情况。因此，禁带之中出

2、现了心得准粒子的能态。在半导体中的相互作用g的电子空穴对被称为激子，由于电子—空穴的束缚关系使得它们像一个氢原子一样，具有自己的半径。半径的大小和它们的空间分布有着直接的关系。当其半径比较他所在的半导体中的晶格常数大得多的时候，电子和空穴之间的相互作用显得非常微弱。在这种情况下，我们把这种激子称为瓦尼尔—莫特激子（Wannier−Mott）激子即大半径激子[7-14]。相反，有的电子—空穴对它们之间的束缚相对于前者来讲是非常紧凑的，这样就产生了一种半径较小的激子，我们称它们为夫伦克耳(Frenkel)激子

3、，即小半径激子。由于大半径激子同一个激子中的作用关系较弱，而不同激子之间的作用关系较强，对应的半导体可以看成是一个连续的介电常数为ε的晶体，电子与空穴之间的相互作用势能可以用e2εr−r，这样就形成了一个不复杂的二eh体问题。而对于夫伦克耳(Frenkel)激子（即小半径激子），由于夫伦克耳(Frenkel)5最早提出时便认为这个小半径激子是由原子内部激发而产生的，原子实对它的影响是不可以忽略的，当它处在激发态时可以从一个原子转移到另一个原子当中去，因此我们认为这是一种可以整体在晶格中漂移的激子[2]。1

4、.1.4激子理论的研究进展在上个世纪的30年代初期，激子的研究工作已经在一部分科学家中展开。在之后的三四十年中，由于大量的理论研究激子的理论体系被不断的完善。随着激光技术的迅猛发展，和实验水平的不断提升，激子领域的大门不断向世人展开。在最近的几年中飞秒激光相干技术的研究，使得人们对激子的认识大大的加深了。从上个世纪八十年代开始，科学家对激子的认识不再只是在固体材料中研究。由于材料技术与微观实验技术的发展，从三十年前开始，超晶格低维材料中激子物理性质的、研究渐渐成为研究的重点。迄今为止，据我们所知，还没有看

5、到量子点中激子压缩态的相关报道，所以研究在激化半导体中激子的压缩态对于我们是十分有意义的。这篇文章的目的是通过介绍激子---声子系统的压缩态改进Pollmann和Buttner的方法。这种方法考虑了声子亚系统的双线性项的作用。因此，在这篇文章中得出了更多更精确的结果。在最近的几年中，由于通讯产业的迅猛发展，由光通讯逐步取代电通信已经成为资讯产业的一个必然的发展趋势。激子发光主要应用于光电子有源器件中并显得越来越重要，从这一点上来看，我们研究激子的物理效应显得尤为的重要。下面我们介绍最近的几年中激子的主要应

6、用领域以及其应用的特点。由于纳米技术的进一步提高，微结构将朝着复杂化和微型化方向发展。微观系统中的激子的线性和非线性发光特性的研究仍就是未来发展的热门方向。由于半导体激光器的微型化，高效化，灵敏化和工业化的不断发展。在过去的三十年中，各个领域对半导体微结构的研究在不断的深入和完善。在实践当中不断的总结和完善理论而理论又在指导实践的方向。这也就要求我们在研究晶体的线性效应的同时研究非线性效应就显得尤为的突出。越是微观非线性效应就越是明显。作为经典通讯理论与量子力学相结合后的产物，信息的量子化已经成为信息发6

7、展的一个重要的必然趋势。因为他将使得我们传输信息的效率得到根本性的提升，因为如果实现把激子态作为量子信息的有效载体，再通过激子之间不同的纠缠态，就可以实现对不同激子态携带的通讯信息进行传递，交换和储存。跟进一步我们可以认为，距离相近的两个量子点可以形成“量子点分子”，有很多人已经开始研究这个领域并且在纠缠特性已经有了理论成果。在独立量子点内应用非线性光学方法，实现了对双激子进行了量子逻辑门操作。但有关激子的理论还处在初期阶段，尤其是对激子在量子信息方面的应用还只能说是刚刚起步。随着波色－爱因斯坦凝聚的发现

8、低维半导体材料中的研究逐渐成为研究的热点之一，由于半导体材料中有关激子方面的波色－爱因斯坦凝聚现象还有存在很多争论这里不做详述，但笔者相信这方面的相关研究将成为未来的前沿课题。1.1.4声子、极化子、激子—声子系统1）声子由于半导体晶体是由大量周期性排布的原子、分子或离子组成的，这样每个周期性单元就构成了一个晶格。由晶格动力学的知识我们可以知道，组成晶体的大量原子或离子它们的位置并不固定，当完整的晶体中的原子或离子在它的平衡位