半导体量子器件物理讲座 第一讲 异质结构和量子结构

随着半导体材料超薄层外延生长和微细加工技术的进展,人们已研制成功多种多样的半导体量子器件,以量子理论为基础,以半导体量子器件为研究对象,形成了一门新的学科－半导体量子电子学和量子光电子学,文章着重介绍半导体异质结构和量子结构,包括其能带结构、态密度分布等性质。     

半导体中的自旋弛豫--从体材料到量子阱、量子线、量子点

本文对半导体中的自旋弛豫过程给出一个简要的回顾,介绍了半导体材料从体材料到量子阱、量子线、量子点不同维数的结构中各种自旋弛豫过程,主要关注了自旋去相位和相干控制。对于不同材料中的各种弛豫机制,关注的重点在于如何能够在实验上以一种可以控制的方式来改变可调参数从而达到控制自旋弛豫过程。这些参数主要有电场、磁场、温度、应变、有效g因子等等。本文的组织上,首先介绍研究前景,第1部分简要介绍了自旋弛豫的四种机制。第2部分按照维数的不同将半导体中自旋弛豫分为3个部分:体材料、量子阱、量子线、量子点,在每一部分中又基本上按照电子、空穴、激子的顺序进行了简要的总结:对于不同的载流子,考虑了自旋弛豫对可调参数的依赖关系。这些结果要么试图解释了已有的实验结果,要么从理论上给出预言从而给实验指明了方向,为室温下可以使用的自旋电子学器件设计提供了依据,为固态量子计算和量子信息处理铺平了道路。最后简单地给出展望。     

半导体中的自旋弛豫——从体材料到量子阱、量子线、量子点

本文对半导体中的自旋弛豫过程给出一个简要的回顾,介绍了半导体材料从体材料到量子阱、量子线、量子点不同维数的结构中各种自旋弛豫过程,主要关注了自旋去相位和相干控制。对于不同材料中的各种弛豫机制,关注的重点在于如何能够在实验上以一种可以控制的方式来改变可调参数从而达到控制自旋弛豫过程。这些参数主要有电场、磁场、温度、应变、有效g因子等等。本文的组织上,首先介绍研究前景,第1部分简要介绍了自旋弛豫的四种机制。第2部分按照维数的不同将半导体中自旋弛豫分为3个部分:体材料、量子阱、量子线、量子点,在每一部分中又基本上按照电子、空穴、激子的顺序进行了简要的总结:对于不同的载流子,考虑了自旋弛豫对可调参数的依赖关系。这些结果要么试图解释了已有的实验结果,要么从理论上给出预言从而给实验指明了方向,为室温下可以使用的自旋电子学器件设计提供了依据,为固态量子计算和量子信息处理铺平了道路。最后简单地给出展望。     

低维半导体材料应变分布

在各向同性弹性理论的假设下，探讨了理想简单化的二维、一维与零维半导体材料量子阱、量子线与量子点的应力和应变分布规律，并讨论了它们应力、应变与应变能密度分布之间的差异.结果有助于定性理解更复杂形状结构的低维半导体材料的应力、应变及应变能分布. 关键词： 低维材料 应变分布 量子阱 量子线 量子点     

半导体量子点及其应用(Ⅰ)

量子点，又称“人造原子”，它是纳米科学与技术研究的重要组成部分，由于载流子在半导体量子点中受到三维限制而具有的优异性能，构成了量子器件和电路的基础，在未来的纳米电子学、光电子学，光子、量子计算和生命科学等方面有着重要的应用前景，受到人们广泛重视，文章分为Ⅰ、Ⅱ两个部分：第Ⅰ部分介绍了半导体量子点结构的制备和性质；第Ⅱ部分介绍了量子点器件的可能应用。     

玻璃中的半导体量子点

介绍了玻璃中的半导体量子点。对玻璃中半导体量子点的生长过程、量子的电子态，量子尺寸效应、库仑阻塞效应及介电效应，做了比较全面的介绍。讨论了量子点的应用及发展前景。     

半导体纳米材料和物理

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分，纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。文章介绍了半导体纳米材料研究的新进展，包括四个方面：半导体自组织生长量子点，纳米晶体，微腔光子晶体和纳米结构中的自旋电子学。本世纪开始的半导体纳米材料的研究是上世纪半导体超晶格量子阱研究的延续，同时又开辟了一些新的领域，如：单电子的电子学、单光子的光子学，微腔和光子晶体，稀磁半导体和自旋电子的相干输运等，这些研究将为研制在新原理基础上的新器件和实现量子计算、量子通信打下基础。     

自组织生长锗硅量子点及其特性

半导体量子点的研究是当今物理学研究的热点之一．文章阐述了锗硅量子点自组织生长方法的基本原理和技术，并介绍了所制备的量子点材料的形貌结构、光学特性、电学特性及今后的发展方向．     

半导体量子点电子结构理论研究的进展

半导体量子点材料由其具有重要的理论研究意义和潜在的巨大应用前景而成为当今理论和材料研究的热点，本文综述了半导体量子点材料电子结构的理论研究发展进程。     

量子线,量子点和它们的激光器

介绍了半导体量子线、量子点的自组织生长法和掩膜表面选择局部生长法，讨论了量子线、量子点激光器的优点以及遇到的问题，指出了大小均匀性是实现量子线、量子点激光器的主要障碍．     

GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究

将量子阱结构引入到单结GaAs太阳能电池中能够有效扩展吸收光谱.为了研究量子阱结构在GaAs太阳能电池中的作用机理,本文采用实验和理论的方法研究了InGaAs/GaAsP量子阱结构对电池量子效率的影响.实验结果表明,量子阱结构的窄带隙阱层材料将电池的吸收光谱从890 nm扩展到1000 nm.同时,量子阱结构的引入提高了680—890 nm波长范围内的量子效率,降低了波长在680 nm以下的量子效率.通过计算得到的量子阱结构和GaAs材料的光吸收系数,可以用来解释量子阱结构对太阳能电池量子效率的影响.     

Direct measurement for general quantum states using parametric quantum circuits

In the field of quantum information,the acquisition of information for unknown quantum states is very important.When we only need to obtain specific elements of a state density matrix,the traditional quantum state tomography will become very complicated,because it requires a global quantum state reconstruction.Direct measurement of the quantum state allows us to obtain arbitrary specific matrix elements of the quantum state without state reconstruction,so direct measurement schemes have obtained...     

量子计算与量子模拟

量子计算和量子模拟在过去的几年里发展迅速,今后涉及多量子比特的量子计算和量子模拟将是一个发展的重点.本文回顾了该领域的主要进展,包括量子多体模拟、量子计算、量子计算模拟器、量子计算云平台、量子软件等内容,其中量子多体模拟又涵盖量子多体动力学、时间晶体及多体局域化、量子统计和量子化学等的模拟.这些研究方向的回顾是基于对现阶段量子计算和量子模拟研究特点的考虑,即量子比特数处于中等规模而量子操控精度还不具有大规模逻辑门实现的能力,研究处于基础科研和实用化的过渡阶段,因此综述的内容主要还是希望管窥今后的发展.     

Approximate calculation of electronic energy levels of axially symmetric quantum dot and quantum ring by using energy dependent effective mass

Calculations of electronic structures about the semiconductor quantum dot and the semiconductor quantum ring are presented in this paper. To reduce the calculation costs, for the quantum dot and the quantum ring, their simplified axially symmetric shapes are utilized in our analysis. The energy dependent effective mass is taken into account in solving the Schr?dinger equations in the single band effective mass approximation. The calculated results show that the energy dependent effective mass should be considered only for relatively small volume quantum dots or small quantum rings. For large size quantum materials, both the energy dependent effective mass and the parabolic effective mass can give the same results. The energy states and the effective masses of the quantum dot and the quantum ring as a function of geometric parameters are also discussed in detail.     

柱型量子点中极化子的重整化质量

应用线性组合算符方法和幺正变换方法,研究在量子阱和抛物势作用下的柱型量子点中极化子的重整化质量.结果表明,量子点中极化子的重整化质量随量子点高度的增加而减小;随耦合强度的增加而增加,这是由于电子与晶格振动之间的相互作用增强所致.而基态能量与量子点的尺度、特征频率、耦合强度、磁场等均有关,当极化子运动速度不变时,基态能量随量子点柱高的增加而减小;随特征频率和磁场强度的增加而增加.     

Three lectures on quantum groups: representations, duality, real forms

In these lectures three topics are discussed: the representations of quantum groups, duality between quantum algebras and matrix quantum groups and q-deformations of real forms of quantum groups.     

利用超导量子电路模拟拓扑量子材料

近年来,探索新的拓扑量子材料、研究拓扑材料的新奇物理性质成为凝聚态物理领域的一个热点.但是,由于合成、测量等手段的限制,人们难以在真实材料中实现和观测很多理论预言的材料及其物理性质,促使量子模拟日益成为研究量子多体系统的一个重要手段.作为全固态器件,超导量子电路是一个在扩展性、集成性、调控性上都具有巨大优势的人工量子系统,是实现量子模拟的重要方案.本文总结了利用超导量子电路对时间-空间反演对称性保护的拓扑半金属、Hopf-link半金属和Maxwell半金属等拓扑材料的量子模拟,显示出超导量子电路在模拟凝聚态物理系统方面具有广阔前景.