半导体量子点光吸收谱

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1、上海交通大学硕士学位论文半导体量子点的光吸收谱姓名：牛晓龙申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：王沁20080101半导体量子点的光吸收谱摘要人们对半导体量子点的光学性质已经进行了长期的研究和探索。一个量子点系统并不是孤立于环境而存在的。也就是说，在考虑发生在量子点中的各种变化或者过程的同时，必须要考虑到环境的影响，本文的目的就是讨论在量子点的光吸收过程中，环境（声子热库）对吸收谱的影响。目前的研究工作大多是采用数值方法模拟量子点的性质，不够直观，而且适用性不强。数值方法在系统参量值很小的情况将难以模拟，在临界点附近甚至可能失效。为此，我们采用基于幺正变换的微扰理论来研究量子点

2、的光吸收过程，以期得到量子点光吸收谱的解析表达结果。对于半导体量子点系统，在发生光吸收的过程中，价带的电子需要吸收光子的能量才能到达导带，同时，电子在激发跃迁的过程中，又会受到影响。所以，这个系统可以用一个与声子库耦合的两能级系统模型来描述。本文采用格林函数微扰理论，以幺正变换为基础，通过求解海森堡运动方程的方法研究了半导体量子点的光吸收性质。首先，对所要研究的系统的哈密顿量H作幺正变换，将变换之后的哈密顿量H′可拆分成三部分：H0′、H1′和H2′。作此变换后的好处是：可以使变换后的H1′和H2′足够小，将H2′视为微扰项。这样就可以用微扰法来进行计算，而且微扰的近似程度比较好。其

3、次，利用求解格林函数运动方程组得到平衡态关联函数，后者与光吸收有很大的关系。最后，通过傅立叶变换推导出电导率的解析表达式，根据这个表达式我们对所描绘的光吸收谱进行了分析，得到了如下的结论：我们的结果明确地显示了光吸收谱的图形以及不同情况下波峰的位置。光吸收的峰值位置会随着耦合强度的增加而向低光子频率的方向偏移，而且峰值位置并不是直接对应于量子点中的基态和最低激发态之间的能量差。本文重点讨论声子库耦合对半导体量子点光吸收的影响，结合声子库对量子点中电子能级结构的重组作用，研究在低温和弱耦合条件下半导体量子点的吸收谱变化规律。谱密度采用的是欧姆谱分布。本文所研究的范围是两个最低能级之前的

4、电子跃迁，忽略了激发态的跃迁对吸收谱的影响。在以后的研究中，在运算能力允许的条件下，将考虑多激发态的影响。当前的工作正在进行三个能级之间电子跃迁的运算。关键词：半导体量子点，光吸收，电声子耦合，幺正变换，平衡态关联函数OPTICALABSORPTIONSPECTRAOFSEMICONDUCTORQUANTUMDOTABSTRACTItisalongtimeforpeopletostudytheopticalpropertiesofsemiconductorquantumdot.Asystemcomposedofquantumdotcannotbeisolatedfromtheoute

5、rcircumstance,whichmeanstheeffectofcircumstanceshouldbeconsideredwhendealingwiththemovementorprocessofparticlesinquantumdot.So,thepurposeofthispaperistostudytheeffectsofcircumstance(phonon'svibration)totheabsorptionspectraoftheopticalabsorptionprocessinsemiconductorquantumdot.Mostofcurrentresea

6、rchworkstudiesthepropertiesofquantumdotbyusingnumericalmethod.Itisnotvisibleenoughorwithlessapplicability.Itisdifficultforthenumericalmethodtoanalogwiththesmallerparameters,evendisabledforthesituationsthatclosetothecriticalpoint.So,wetakeaperturbationmethodbasedonunitarytransformationtostudythe

7、opticalabsorptionprocess,inordertogettheanalyticalexpressionresultoftheabsorptivespectra.Forasystemmadeupofsemiconductorquantumdot,thetransitionfromvalencebandtoconductionbandcouldoccuraftertheelectronsinvalencebandabsorbedthephot