第三讲 半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用

人们对半导体中的电子空穴对在库仑互作用下形成的激子态及其有关的物理性质进行了深入研究 . 激子效应对半导体中的光吸收 、发光 、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响,并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用 . 与半导体体材料相比, 在量子化的低维电子结构中,激子的束缚能要大得多,激子效应增强,而且在较高温度或在电场作用下更稳定 . 这对制作利用激子效应的光电子器件非常有利.近年来量子阱 、量子点等低维结构研究获得飞速的进展,已大大促进了激子效应在新型半导体光源和半导体非线性光电子器件领域     

半导体微结构物理效应及其应用讲座第三讲半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用

人们对半导体中的电子空穴对在库仑互作用下形成的激子态及其有关的物理性质进行了深入研究.激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响,并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用.与半导体体材料相比,在量子化的低维电子结构中,激子的束缚能要大得多,激子效应增强,而且在较高温度或在电场作用下更稳定.这对制作利用激子效应的光电子器件非常有利.近年来量子阱、量子点等低维结构研究获得飞速的进展,已大大促进了激子效应在新型半导体光源和半导体非线性光电子器件领域的应用.     

莫尔晶格中的激子绝缘体

当载流子动能被抑制后,双层量子阱中的电子-空穴可以通过层间库仑相互作用形成激子绝缘体,而抑制动能的主要手段为施加外部磁场产生朗道能级.在二维莫尔晶格中通过能带折叠可以显著抑制载流子动能进而形成莫尔平带.本文主要介绍通过莫尔平带实现无外加磁场的激子绝缘体,着重介绍几个不同的实验思路,并展示如何利用差分反射谱、层间激子光致发光谱、2s激子探测谱、量子电容以及微波阻抗谱探测激子绝缘体信号.总的来说,莫尔晶格中形成的激子绝缘体为在固体环境中研究Bose-Hubbard模型提供了很好的平台,其研究内容可包括激子莫特绝缘体、激子超流以及它们之间的连续转变等.     

半导体微腔中腔模、重空穴激子模和轻空穴激子模耦合

采用传输矩阵方法利用半经典的线性色散模型,计算半导体微腔内同时存在重空穴激子、轻空穴激子时,在不同入射角度下的反射谱,同时,利用三简谐振子耦合模型计算了在不同入射角度下,腔模同时和重空穴激子模、轻空穴激子模耦合所形成的三支腔极化激元的能量,以及腔模、重空穴激子模、轻空穴激子模分别在三支腔极化激元中所占的权重,结果表明随着入射角的增加腔极化激元的高能支和两个低能支之间存在明显的反交叉现象,同时,腔模和重空穴激子模、轻空穴激子模在腔极化激元中所占的权重呈现增加或减小的趋势 关键词： 半导体微腔 腔极化激元 激子     

纳米半导体中多重激子效应研究进展

多重激子效应是指纳米半导体吸收一个高能光子后产生两个甚至多个电子-空穴对的物理过程,不仅具有重要的基础研究意义,而且在新型太阳电池及高性能光电子器件领域具有潜在应用价值.综述了多重激子效应的发展历程;总结了纳米半导体的材料组分、体系结构甚至表面质量对多重激子效应的影响;介绍了多重激子效应的实验测试分析方法以及解释多重激子效应的理论方法;概括了目前多重激子效应在器件中的应用并对其应用前景进行展望.     

量子环上的负电荷激子

讨论了负电荷激子X^-的能-光谱及其Aharonov-Bhom振荡.负电荷激子是三个带电粒子组成的体系,其基函数（基矢）数目大,数值计算艰巨. 以往人们常把体系的空间波函数分离成质心运动和相对运动两部分来处理,这种方法误差大,只适用于外加磁场很小的情况.直接由体系的Hamilton量出发,基于角动量守恒,把基矢按总角动量分类. 据此提出了一种简便的求解体系的本征矢和本征函数方案,使用该方法使计算时间节省了90%以上.所得计算结果没有抗磁现象,且计算结果与现有的实验数据符合很好.还讨论了环的半径、介质电容率和空穴的有效质量与ABO的关系. 关键词： 量子环 负电荷激子 能-光谱 Aharonov-Bhom振荡     

受激双层石墨烯量子点中的激子耦合动态变化

有机聚集体中分子间相互作用决定了聚集体的光物理性质,从而显著影响基于此类材料的光伏器件性能. 分子间激子耦合(或电偶极耦合)是一种常见且重要的分子间相互作用. 本文利用瞬态吸收光谱研究了石墨烯量子点二聚体(一种大稠环芳烃的π-π堆叠二聚体)中的激子耦合作用. 发现了瞬态吸收谱随泵浦-探测延时的演化起源于二聚体激发态中激子耦合强弱的动态变化. 通过拟合瞬态光谱,进一步证实了可利用最低能量的两个振动吸收峰的瞬态吸收动力学直接表征二聚体中激子耦合强度的动态变化.     

ZnSe-ZnTe多量子阱室温下的反射型皮秒激子光双稳

本文首次研究了ZnSe-ZnTe多量子阱在室温下的反射型皮秒激子光双稳,实验结果表明,ZnSe-ZnTe多量子阱在室温下的反射型皮秒光双稳的阈值光强和对比度分别为1.1MW/cm²和6:1.根据测量得到的ZnSe-ZnTe多量子阱在室温下的激子吸收光谱及激子的非线性吸收理论,归结ZnSe-ZnTe多量子阱室温下的皮秒光双稳的主要非线性机理为ZnSe-ZnTe多量子阱的激子饱和吸收引起的折射率变化.     

金属卤化物钙钛矿半导体中的自陷激子

在极性晶体中,由于强电子–声子耦合,激发的电子–空穴对可以被晶格畸变产生的形变势场所俘获,形成自陷激子。金属卤化物钙钛矿半导体作为一种离子晶体已经被证实具有高效的自陷激子发光,成为制备新一代高质量白光光源的理想候选材料。然而,对于金属卤化物钙钛矿中自陷激子发光机制的理解仍然较为匮乏,远远落后于器件方面的发展。为此,本文主要从自陷激子的基础物理角度出发,总结了近年来关于金属卤化物钙钛矿半导体中自陷激子的形成条件、形成机制以及相关激发态动力学的研究进展,并对未来基于该体系中自陷激子机理方面的研究做出展望,从而为该体系中自陷激子的研究提供更加清晰的物理图像。     

第三讲 半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用

人们对半导体中的电子空穴对在库仑互作用下形成的激子态及其有关的物理性质进行了深入研究．激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响，并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用．与半导体体材料相比，在量子化的低维电子结构中，激子的束缚能要大得多，激子效应增强，而且在较高温度或在电场作用下更稳定．这对制作利用激子效应的光电子器件非常有利．近年来量子阱、量子点等低维结构研究获得飞速的进展，已大大促进了激子效应在新型半导体光源和半导体非线性光电子器件领域的应用．     

电场对高分子中极化子激子的影响

介绍了近年来有关外电场对高分子中极化子激子影响的研究工作。它们包括 :研究方法 ,外电场注入的或光激发引起的电子和空穴会在高分子中形成极化子激子 ,弱或中等强度电场使极化子激子极化 ,强电场解离极化子激子 ,发现高分子中极化子双激子具有反向极化新性质 ,探讨反向极化这个新的物理现象的物理起因、意义及可能的应用。     

电场对高分子中极化子激子的影响

介绍了近年来有关外电场对高分子中极化子激子影响的研究工作。它们包括：研究方法,外电场注入的或光激发引起的电子和穴穴会在高分子中形成极化子激子,弱或中等强度电场使极化子激子极化,强电场解离极化子激子,发现高分子中极化子双激子具有反向极化新性质,探讨反向极化这个新的物理现象的物理起因、意义及可能的应用。     

计及激子-双激子相干下半导体单量子点中的空间光孤子对

考虑激子-双激子的相干效应, 解析地研究了半导体单量子点中探测光和信号光的吸收特性和非线性传播特性.结果发现, 在线性条件下, 单量子点中出现电磁感应透明现象; 进一步分析可得, 电磁感应透明所呈现的是单窗口或双窗口或光学增益均可通过调节控制光强加以控制.在非线性条件下, 弱信号光诱导弱探测光产生两个分量, 这两个分量在系统中所激发的自克尔和交叉克尔 非线性效应与系统的衍射效应相平衡从而形成稳定的亮-亮, 亮-暗, 暗-暗等空间光孤子对. 关键词： 半导体量子点 电磁感应透明 空间光孤子对     

ZnSe－ZnTe多量子阱室温下的反射型皮秒激子光双稳

本文首次研究了ＺｎＳｅ－ＺｎＴｅ多量子阱在室温下的反射型皮秒激子光双稳，实验结果表明，ＺｎＳｅ－ＺｎＴｅ多量子阱在室温下的反射型皮秒光双稳的阈值光强和对比度分别为１．１ＭＷ／ｃｍ２和６：１．根据测量得到的ＺｎＳｅ－ＺｎＴｅ多量子阱在室温下的激子吸收光谱及激子的非线性吸收理论，归结ＺｎＳｅ－ＺｎＴｅ多量子阱室温下的皮秒光双稳的主要非线性机理为ＺｎＳｅ－ＺｎＴｅ多量子阱的激子饱和吸收引起的折射率变化．     

砷化镓高速集成电路内部电信号的光探针直接取样

本文介绍了电光取样技术原理报道了砷化镓高速集成电路内部电信号在片直接电光取样测量系统,它的时间分辨率优于20ps,空间分辨率优于3μm.通过对砷化镓共面波导的测量证实该系统可以对砷化镓高速集成电路内部电信号进行在片直接电光取样测量。     

半导体微腔中激子的光学效应

文章基于Fabry-Pérot半导体微腔,阐述了新型元激发--激子极化激元的基本概念和微观描述,讨论了其在光学放大器、光学开关和单光子源方面的潜在应用,概述了对其实现Bose-Einstein凝聚的实验研究,最后对将来的发展做了一个简单的展望.     

半导体微腔中激子的光学效应

文章基于Fabry-Pérot半导体微腔,阐述了新型元激发——激子极化激元的基本概念和微观描述,讨论了其在光学放大器、光学开关和单光子源方面的潜在应用,概述了对其实现Bose-Einstein凝聚的实验研究,最后对将来的发展做了一个简单的展望.     

等离子体轰击单层WS2引入缺陷态对束缚激子光学性质的影响

单层过渡金属硫化物具有原子级厚度、直接带隙、强自旋轨道耦合等优异性能,使其在自旋电子学、光电子学等领域具有重要的研究价值和广泛的应用前景.通常材料中包含多种结构缺陷,这可能是在样品制备和生长过程中形成的,也可以经过后期处理产生,这些缺陷会显著改变其物理化学性质.因此,控制和理解缺陷是调控材料性质的重要途径.本文利用氩等离子体对机械剥离的单层WS2进行轰击处理,通过控制轰击时间引入不同密度的缺陷.光致发光和拉曼测试结果表明,在未改变晶格结构的前提下,引入了两种缺陷态的束缚激子,两种激子的动力学过程与中性激子相比明显变慢.对比真空和大气环境下的光致发光光谱(photoluminescence spectroscopy,PL),两种激子的强度变化呈现相反的行为.本文的研究结果可为二维材料缺陷的引入和调控以及特征光谱的研究提供依据.     

量子点激子超辐射的条件和量子点集合的相干辐射

半导体量子点的激子超辐射出现的条件是本文激子超辐射的理论研究中的重点,我们的理论推导结果揭示要观测到半导体量子点的激子超辐射必须采用短于百飞秒的激发源。我们用ZnO单量子点观察到激子超辐射,同时测量和分析讨论了量子点集合的相干辐射性质,发现单量子点超辐射的二次方泵浦与辐射强度关系被大量量子点间的线性递增所掩盖。     

一位物理学家做了心脏移植,没想到……

阿维·雅吉尔(Avi Yagil)是美国加利福尼亚州大学圣地亚哥分校的物理学教授,主要从事粒子物理学研究.2011年12月,他在欧洲的工作告一段落,他飞回美国加州度假了.雅吉尔回家后一直感到不适,咳嗽得很厉害,他认为自己可能是旅途中得了感冒,于是就开始服用感冒药.