InAs量子环中类氢杂质能级

在有效质量近似下,利用微扰法研究了InAs量子环内类氢杂质基态及低激发态的能级分布。受限势采用抛物形势,在二维平面极坐标下,用薛定谔方程的精确解析解进行计算。数值计算结果显示,电子能级敏感地依赖于量子环半径,能级存在极小值,这是由于限制势采用抛物势的结果。如果减小环的半径,可以增加能级间距。第一激发态类氢杂质能级的简并没有消除,n≥2时简并的能级发生分裂并且间距随半径的增大而增大。电子能级间距还敏感地依赖于角频率并随角频率的增大而增大。第一激发态的简并没有消除,第二激发态的简并被部分地消除。在计算InAs量子环中类氢杂质的基态和低激发态的能级时,角频率改变的影响也是很深刻的。文章结果对研究量子环的光跃迁及光谱结构有重要指导意义。     

无限深势阱下杂质量子点的能级计算

在有效质量近似下,垂直方向采用无限深势阱限制势,在x-y平面上,量子点内采用抛物势近似,在量子点边界处采用与实际情况更接近的无限深势阱.在中心杂质电荷为ηe时,利用波函数近似,得到基态和低激发态的能级,与x-y平面均采用抛物势时得到的能级进行了比较.计算发现在量子点真实半径比较小时,电子的基态和低激发态受其影响很大,而相应的能级随量子点的半径逐步增大.在量子点半径大于5倍有效玻尔半径时,能级受其影响已经变得很弱.并且,随着磁场的变化,量子点半径对基态和第一激发态的能级差的影响也很大.最后我们计算了杂质电子的基态束缚能并讨论了声子对其影响.     

GaAs基InAs量子点中类氢杂质的束缚能

在有效质量近似下,采用微扰法研究了InAs/GaAs量子点内类氢杂质基态及低激发态的束缚能.受限势采用抛物形势,在二维平面极坐标下,精确地求解了电子的薛定谔方程.数值计算结果表明,类氢杂质基态及低激发态的束缚能敏感地依赖于抛物形势的角频率,受类氢杂质的影响,谱线发生蓝移.这一结果对设计和制备量子点器件是有价值的.     

氮化物抛物量子阱中类氢杂质态能量

采用变分方法研究氮化物抛物量子阱(GaN/Al_xGa_1-xN)材料中类氢杂质态的能级,给出基态能量、第一激发态能量、结合能和跃迁能量等物理量随抛物量子阱宽度变化的函数关系.研究结果表明,基态能量、第一激发态能量、基态结合能和1s→2p±跃迁能量随着阱宽L的增大而减小,最后接近于GaN中3D值.GaN/Al_0.3Ga_0.7N抛物量子阱对杂质态的束缚程度比GaAs/Al_0.3Ga_0.7As抛物量子阱强,因此,在GaN/Al_0.3-Ga_0.7N抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子比在GaAs/Al_0.3Ga_0.7As抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子稳定.     

有效质量差异和电场对GaN/AlxGa1-xN球形量子点电子结构的影响

用平面波展开法对GaN/AlxGa1-xN球形量子点中类氢杂质态能级随量子点半径Al组分以及结合能随Al组分的变化规律进行了详细讨论.计算了量子点内外有效质量差异对杂质态能级和结合能的修正,结果表明对于Al组分较高的GaN/AlxGa1-xN球形量子点,电子有效质量差异对杂质能级和结合能的修正不能忽略.考虑电子有效质量差异后,进一步具体计算了杂质结合能随量子点半径、杂质位置以及外电场的变化规律.     

应变纤锌矿GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中类氢施主杂质态结合能的压力效应

考虑应变,在有效质量、有限高势垒近似下,变分研究了纤锌矿GaN/AlxGa1 -xN柱形量子点中类氢施主杂质态结合能随流体静压力、杂质位置及量子点结构参数(量子点高度、半径、Al含量)的变化关系.结果表明,类氢施主杂质态结合能随流体静压力增大而增大,且在量子点尺寸较小时,流体静压力对杂质态结合能的影响更为显著.受流体静压力的影响,杂质态结合能随量子点高度、半径的增加而单调减少,且变化趋势加剧;随Al含量增加而增大的趋势变缓.无论是否施加流体静压力,随着类氢施主杂质从量子点左界面沿材料生长方向移至右界面,杂质态结合能在量子点的右半部分存在一极大值.流体静压力使得极大值点向量子点中心偏移.     

在磁场作用下含有杂质的半导体量子环中电子的能级

由于量子环特殊的结构,我们尝试过不少方法,发现一般传统方法很难求解薛定谔方程,故很难求出它的波函数和能级。国内外很多学者从事这方面的研究,但发表的文献非常少。有必要寻找一些新的方法从事这方面的研究工作,本文中采用了B样条函数近似拟合波函数的方法,计算了一个在谐振子束缚势和磁场作用下含有杂质的二维量子环中的电子能级。研究了电子能级随磁场强度、束缚势的变化关系以及电子能级与量子环半径的关系。我们发现电子能级随磁场强度、束缚势强度的增强而增强;每一个能级都有一个最小值在特定的量子环半径上,并且随着能级的增加,最小值的位置向半径大的方向偏移。     

应变纤锌矿GaN/AlχGa1-χN柱形量子点中类氢施主杂质态结合能的压力效应

考虑应变,在有效质量、有限高势垒近似下,变分研究了纤锌矿GaN/Al_xGa_1-xN柱形量子点中类氢施主杂质态结合能随流体静压力、杂质位置及量子点结构参数（量子点高度、半径、Al含量）的变化关系.结果表明,类氢施主杂质态结合能随流体静压力增大而增大,且在量子点尺寸较小时,流体静压力对杂质态结合能的影响更为显著.受流体静压力的影响,杂质态结合能随量子点高度、半径的增加而单调减少,且变化趋势加剧;随A1含量增加而增大的趋势变缓.无论是否施加流体静压力,随着类氢施主杂质从量子点左界面沿材料生长方向移至右界面,杂质态结合能在量子点的右半部分存在一极大值.流体静压力使得极大值点向量子点中心偏移.     

应变纤锌矿GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中类氢施主杂质态结合能的压力效应

考虑应变,在有效质量、有限高势垒近似下,变分研究了纤锌矿GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中类氢施主杂质态结合能随流体静压力、杂质位置及量子点结构参数(量子点高度、半径、Al含量)的变化关系．结果表明,类氢施主杂质态结合能随流体静压力增大而增大,且在量子点尺寸较小时,流体静压力对杂质态结合能的影响更为显著．受流体静压力的影响,杂质态结合能随量子点高度、半径的增加而单调减少,且变化趋势加剧;随Al含量增加而增大的趋势变缓．无论是否施加流体静压力,随着类氢施主杂质从量子点左界面沿材料生长方向移至右界面,杂质态结合能在量子点的右半部分存在一极大值．流体静压力使得极大值点向量子点中心偏移．     

脉冲控制量子系统的哈密顿量约化

探索了脉冲控制的含近简并能级的有限维量子系统的哈密顿量的约化．由一个非简并基态能级和几个近简并激发态能级组成的量子系统被一个短脉冲控制,目标是控制所有激发态的布居数之和．考虑了两个可以看成等价二能级系统的例子,当脉冲强度比较弱时,得到了原始系统和约化系统的简单关系;当脉冲强度比较强时,对于只含一个频率的脉冲,一阶近似的关系也是存在的．     

Effect of conduction band parabolicity on the spectrum and binding energy of a hydrogenic impurity in GaAs spherical quantum dots

The energy levels and binding energies of a hydrogenic impurity in GaAs spherical quantum dots with radius R are calculated by the finite difference method. The system is assumed to have an infinite confining potential well with radius R, which can be viewed as a hard wall boundary condition. The parabolicity of the conduction band profile for GaAs material can be viewed as a parabolic potential well. The energy levels and binding energies are depended dramatically on the radius of the quantum dot and the parabolic potential well. The results show that parabolic potential can remarkably alter the energy level ordering and binding energy level ordering of hydrogenic impurity states for the quantum dot with a smaller radius R.     

抛物量子点中强耦合束缚磁极化子的性质

采用Pekar类型的变分方法研究了抛物量子点中强耦合束缚磁极化子的基态和激发态的性质.计算了束缚磁极化子的基态和激发态的能量、光学声子平均数以及束缚磁极化子的共振频率.讨论了这些量对回旋频率和有效束缚强度以及库仑束缚势的依赖关系.数值计算结果表明:量子点中强耦合束缚磁极化子的基态能量和共振频率以及光学声子平均数均随量子点的有效束缚强度的增加而减小,基态能量随库仑束缚势的增加而减小,随回旋频率的增加而增大.     

有限深抛物势量子盘中极化子的激发态性质

量子点作为一种重要的低维纳米结构, 近年来在单光子光源和新型量子点单光子探测器的研究引起了人们的广泛关注, 对各种势阱中量子点性质的研究已取得了重要成果. 但是大多理论研究都局限于无限深势阱, 而有限深势阱更具有实际意义. 利用平面波展开、幺正变换和变分相结合的方法研究了有限深势阱中极化子激发态能量及激发能随势阱形状和量子盘大小的变化规律. 数值计算结果表明: 极化子的激发态能量、激发能随势垒高度或宽度的增大而增大, 原因是势垒愈高、愈宽, 电子穿透势垒的可能性愈小, 电子在阱内运动的可能性愈大, 进而导致极化子的激发态能量和激发能均随势垒高度和宽度的增大而增大; 极化子的激发态能量和激发能随量子盘半径的增大而减小, 表明量子盘具有显著的量子尺寸效应; 极化子的激发态能量随有效受限长度的增加而减小, 原因是有效受限长度愈大, 有效受限强度愈小, 电子受到的束缚愈弱、振动愈慢、势能愈小, 进而导致基态能量、激发态能量减小; 同时由于激发态能量较基态能量减小慢, 使得激发能随之增加. 研究结果对量子点的应用具有一定的理论指导意义.     

磁场和库仑场对抛物量子点中弱耦合极化子激发态性质的影响

采用线性组合算符和幺正变换方法研究了磁场和库仑场对抛物量子点中极化子激发态性质的影响。导出了抛物量子点中弱耦合束缚磁极化子的振动频率、第一内部激发态能量、激发能量与量子点的有效受限长度、库仑束缚势和磁场的回旋频率之间的变化关系。通过数值计算,结果表明:抛物量子点中弱耦合束缚极化子的振动频率、第一内部激发态能量、激发能量均随量子点的有效受限长度减小而迅速增大。随库仑束缚势增大而增大。随磁场的回旋频率的增加而增大。     

Nonlinear optical rectification of hydrogenic impurity in a disk-like parabolic quantum dot: The role of applied magnetic field

We report a detailed theoretical study of the effect of combined electric and magnetic field on the nonlinear optical rectification of a hydrogenic impurity, confined in a two dimensional disk-like quantum dot, with parabolic confinement potential. We use the compact density matrix formalism and iterative method to obtain nonlinear optical rectification and absorption coefficients. To find energy levels and wave functions, we employ exact diagonalization method in the effective mass approximation. As main result, we found that the transition energy from ground to first excited state redshifts with increasing the magnetic field while blueshifts for transition from ground to second excited state, moreover, for former transition, nonlinear optical rectification coefficient decreases with increasing magnetic field in contrast to that occurs for latter one.     

Binding energy and diamagnetic susceptibility of an on-center hydrogenic donor impurity in a spherical quantum dot placed at the center of a cylindrical nano-wire

The binding energy and diamagnetic susceptibility of an on-center hydrogenic donor impurity in an InAs spherical quantum dot placed at the center of a GaAs cylindrical nano-wire have been investigated using finite element method in the framework of the effective mass approximation. The binding energy and diamagnetic susceptibility are calculated as a function of the dot radius, nano-wire radius and nano-wire height. The results show that as the dot radius increases (I) for a dot radius smaller than some critical value, the effect of the spherical confinement on the energy levels becomes negligible and the energies remain constant, for a dot radius larger than some specific value, the energy levels decrease (II) the ground and the first excited state binding energies increase, reach a maximum and then decrease (III) the ground state diamagnetic susceptibility increases, reach a maximum and then decreases (IV) the first excited state diamagnetic susceptibility increases, indicating two maxima and then decreases. The effects of the nano-wire dimensions on the binding energy and diamagnetic susceptibility have also been studied. We found that the binding energy and diamagnetic susceptibility decrease reach a minimum value and then increase as the nano-wire radius increases. Finally we found that as the height of the nano-wire increases the ground state binding energy decreases, reaches a minimum value and then increases but the first excited state binding energy decreases and reaches a constant value.     

Hydrogenic impurity bound polaron in a parabolic quantum dot with arbitrary electron-phonon coupling strength

A variational approach is employed to obtain the ground and the first excited state binding energies of an electron bound to a hydrogenic impurity in a polar semiconductor quantum dot (QD) with symmetric parabolic confinement in both two and three-dimensions. We perform calculations for the entire range of the electron-phonon coupling constant and the Coulomb binding parameter and for arbitrary confinement length. It is found that the binding energy of ground and first excited state is larger in a two-dimension (2D) dot than in a three-dimension (3D) dot and this trend is more pronounced with the increase of the electron-phonon coupling constant for the same value of the Coulomb binding parameter and confinement length. Furthermore, the ground and the first excited state binding energy increases with increasing the Coulomb binding parameter in both 2D and 3D QDs for the same electron-phonon coupling constant.     

抛物量子点中强耦合束缚磁极化子的声子平均数

采用线性组合算符和幺正变换方法导出了强耦合束缚磁极化子的振动频率和声子平均数。讨论了量子点的有效受限长度、磁场、库仑场和电子-LO声子耦合强度对抛物量子点中强耦合束缚磁极化子振动频率和声子平均数的影响。数值计算结果表明:强耦合束缚磁极化子的振动频率和声子平均数均随量子点的有效受限长度、回旋共振频率的增加而减小,随库仑束缚势的增加而增加,声子平均数随电子-LO声子耦合强度增加而减小。