单电子隧穿耦合量子点的输运和光学性质-(7657)

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1、万方数据甲f}三r隧穿耦合量了点的输运和光学性质机制也被归为两类，内共振机制和跨共振机制。我们同时发现，随着第二二量子点中电子占据数的增加，支配着发射诺的共振机制经历了从点内共振，点内共振和点间共振共存，转变为点间共振的过程。这些研究都为量子点在量子信息处理中的应用提供了依据。2万方数据第一章量『-点的娃奉概念第一章量子点的基本概念在本章中，对量子点的概念，量子点的一些特性及量子点的应用做了具体的介绍，本章的工作安排如下：1．1部分概述量子点的概念及结构特点，1．2部分介绍量子点的尺寸特性及运输特性。1．3部分介绍耦合量子点系统的特点。1．4部分描述量子点在实际生活中的应用。1．1量子点

2、的概念如果缩小材料的某一维度至一个德布罗意波的量级范围，电子的自由运动在此维度方向上受到势垒的强封闭性限制，这种系统被称为量子阱，电子在一个维度上受到束缚，能在其它两个维度上自由运动。如果把材料的两个维度尺寸缩小到此尺寸界限内，就形成量子线。同样的，如果材料的三个维度方向的尺寸都被限制起来，就形成了量子点。零维量子点，一维量子线和二维量子阱是近年来纳米材料科学和凝聚态物理研究的重点和热点。在上世纪八十年代以前，人们对物理系统的研究通常只限于微观和宏观之分，微观系统的大小为原子量级，包含的粒子数目不多，而宏观系统尺寸远远大于原子尺度，包含许多的微观粒子。宏观系统和微观系统的主要区别在于他们

3、服从不同的物理规律，宏观系统可以用经典力学来描述，而这些规律在微观系统中并不适用；对于微观系统，需要用量子力学的规律去描述。那么处于微观系统和宏观系统间的介观系统在尺度上虽属于宏观的范围，但其物理量仍是大量微观粒子的统计结果，量子力学规律仍起到支配作用。在介观系统中，在宏观测量时我们仍能观察到一些量子特征，呈现出许多不同于微观系统和宏观系统的奇异现象。量子点在外观上就像非常小的介观点状物，其中的载流子在三个维度方向都受到束缚，它是准零维纳米材料，是量子点中电子在实空间三个维度上的运动都受到束缚的结果。在固体材料中，我们知道，德布罗意波决定了电子的物质波特性，宏观上，材料尺寸是远远大于电子

4、波长的。当把材料的某一维度上的尺寸缩小到波长量级时，就会形成势垒，电子在此维度方向上的运动会受到束缚。通常量子点的尺寸在数百个纳米以下，由少量的原子构成，由于量子局限效应会导致类似原子的不连续能带结构，所以量子点又被叫做人造原子。狭义上讲量子点是指半导体纳米晶粒，是半径接近于或小于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒，是半导体介于分子和晶体之间的过渡态，即介观状态。量子点可以像晶体管一样作为一个微电子单元，形成纳米电子学的基础”⋯。万方数据甲lH，隧穿耦合量子点的输运和光学性质1．2量子点系统存在的一些特性量子点的物理尺寸局限在纳米量级尺寸，因此载流孑的运动也局限于纳米量级空间里，由此尺寸限制，

5、量子点也就表现出很显著的量子效应，其最典型的特征是电子能谱的完全量子化和波函数的完全局域化。(1)量子尺寸效应半导体纳米材料中的电子准分裂能级间的能隙和动能的增加都是由材料尺寸的大小严格控制着，晶粒越小，间隙越大，动能增加的越多，另外光吸收和发射能量也越高。因此我们可以根据量子尺寸效应，控制量子点的大小，就能调节其电子状态。(2)表面效应球形颗粒的表面积与其直径的平方成正比，而体积与直径的立方成正比，所以比表面积(表面积／体积)与直径成反比。当量子点的直径变小，比表面积将会变大，则量子点表面原子数就相对的增多，这就使这些表面原子具有很高的活性而且极不稳定，从而使颗粒呈现出不一样的特性，此

6、即表面效应。(3)库仑阻塞效应由于量子点的尺寸极小，致使电子间的库仑排斥作用非常强；或者我们可以理解为，当一个电子隧穿进入量子点时，它给量子点附加的充电能为e2／2C(e为电子电荷；C是量子点与外界的电容)，它可能远大于低温下的电子热运动能，因此要向量子点里再增加一个电子也是十分困难的，只有在足够高的电压时才有可能使得再有电子进入量子点，或者等待一个电子离开电子点，点外的另一个电子才有可能进入，即产生隧穿电流，这实际上就是库仑阻塞效应；也就是说，如果一个电子进入量子点后，就会抑制下一个电子进入该量子点内，也就是说电子只能一个一个的进行传输。利用这种量子效应，可以～个一个地控制电子进出量子

7、点，这样便产生电荷的量子化，这也就是单电子器件工作的物理理论基础。(4)近藤效应随着温度的降低，通常金属的电阻会变小。在极低温度时，金属的电阻表现为三种类型(如图1．1)㈨，曲线(1)：当温度降到．10K以后，电阻变为以恒定值，如铜和金。曲线(2)：当温度降到一定的值之后，金属电阻突然减为零，成为超导体，如铅和铝。曲线(3)：温度高于一10K，电阻随温度的降低而减小，当温度降到一10K时，电阻达到了最小值，进一步降低温度，电阻反而增