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。     

聚焦Ga+离子束注入方法研制半导体量子线结构

采用聚焦Ga⁺离子束注入方法,在GaAs/Al_0.3Ga_0.7As多量子阱材料上尝试制备半导体量子线。通过低温光致发光谱,测量了量子线的光电特性,并观察了由于沟道效应导致的深层量子阱的光谱蓝移。 关键词：     

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．     

半导体量子电子和光电子器件

本文阐述了半导体异质结构电子的量子特性 ,如电子波输运、库仑阻塞效应等。介绍了几种新颖、典型的量子电子器件和量子光电子器件的物理模型和基本原理。这些器件包括了单电子晶体管、共振隧穿二极管、高电子迁移率晶体管、δ掺杂场效应晶体管、量子点元胞自动机、量子阱红外探测器、埋沟异质结半导体激光器、量子级联激光器等。给出了作者在半导体量子器件物理方面的最新研究结果。     

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。     

半导体反型层中的电子关联和多体波函数

本文运用CBF(correlation basis function) 理论, 由电子间的有效势V_eff_(R) 和电子气的集体振荡行为, 给出准二维电子体系— 半导体反型层中的电子的关联因予U (R), 得到该体系的对关联函数、关联能和多体波函数. 关键词：     

半导体量子电子和光电子器件

本阐述了半导体异质结构电子的量子特性,如电子波输运,库仑阻塞效应等,介绍了几种新颖,典型的量子电子器件和量子光电子器件的物理模型和基本原理,这些器件包括了单电子晶体管,共振隧穿二极管,高电子迁移率晶体管,δ掺杂场效应晶体管,量子点元胞自动机,量子阱红外探测器,埋沟异质结半导体激光器,量子级联激光器等,给出了作在半导体量子器件物理方面的最新研究结果。     

半导体微结构中的量子弹道式输运

半导体微结构的尺度可以与电子的相位相干长度相比较，在输运过程中，电子保持“相位记忆”，表现为量子弹道式输运和具有量子相干性．本文着重介绍在零磁场和磁场下，量子点接触微结构中的电子的量子弹道输运过程和电导呈现量子化现象．还介绍了由量子相干性输运导致的相干的电子聚焦现象     

形成半导体量子线结构的质子注入方法研究

用20keV的质子(H~+)注入到Al_(0.3)Ga_(0.7)As/GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As单量子阱,经快速退火,促使势垒上的Al向量子阱内扩散,尝试制备了线宽从0.5μm到0.1μm的量子线结构.由低温(14K)下阴极射线发光谱测量,观察到量子线中发光谱峰的蓝移,并通过与理论计算比较,讨论注入区内外Al的内扩散及掩膜区边缘横向离散的影响. 关键词：     

Polaronic Effects of an Exciton in a Cylindrical Quantum Wire

The effects of exciton-optical phonon interaction on the binding energy and the total and reduced effective masses of an exciton in a cylindrical quantum wire have been investigated. We adopt a perturbative-PLL [T.D. Lee, F. Low, and D. Pines, Phys. Rev. B90 (1953) 297] technique to construct an effective Hamiltonian and then use a variational solution to deal with the exciton-phonon system. The interactions of exciton with the longitudinal-optical phonon and the surface-optical phonon have been taken into consideration. The numerical calculations for GaAs show that the influences of phonon modes on the exciton in a quasi-one-dimensional quantum wire are considerable and should not be neglected. Moreover the numerical results for heavy- and light-hole exciton are obtained, which show that the polaronic effects on two types of excitons are very different but both depend heavily on the sizes of the wire.     

柱形量子线中极化子的电子与LO声子之间相互作用能

采用变分法，研究了柱形量子线中在考虑电子与LO声子相互作用的情况下，极化子在基态时系统的能量以及电子-LO声子之间的相互作用能。数值计算结果表明：随着柱形量子线截面半径的减小，基态能量和电子-LO声子相互作用能的绝对值都增大。     

量子线中强耦合极化子的温度效应

采用Tokuda改进的线性组合算符法和有效质量下的变分法,研究在抛物势作用下,同时考虑电子与LO声子相互作用时,温度对量子线中强耦合极化子特性的影响。对RbCl晶体所作的数值计算结果表明,量子线中强耦合极化子的基态能量、平均数和光学声子平均数均随温度的升高而增加。     

Quantum Wire with Triangle Cross Section: Optical Properties

In the present work, the optical properties of a GaAs quantum wire with equilateral triangle cross section are studied. For this purpose, we use analytical expressions for optical properties obtained by the compact-density matrix formalism. Here, we investigate the intersubband optical absorption coefficients and refractive index changes as a function of the triangle side (L) and the incident optical intensity (I). According to the obtained results, it is found that: (i) The total refractive index changes increase and shift towards lower energies when the triangle side increases. (ii) The total absorption coefficient decreases as the triangle side increases. Also, the resonance peak shifts towards lower energies by increasing the triangle side.     

Soliton Light Pulse Transport in a Quantum Wire of Nonlinear Ionic Crystal

We discuss theoretically the transport of a light pulse along a quantum wire made of a nonlinear ionic crystal. Under the adiabatic approximation, the propagation of the axial component of the electric field along the quantum wire has soliton properties and its distribution in the cross section of the quantum wire still approximately satisfies the Bessel equation. The size effect of the quantum wire on the dispersion relation of the polaritons is also discussed.     

抛物量子线中极化子的激发态性质

研究抛物型量子线中极化子激发态的性质。采用线性组合算符法和Pekar变分法,导出了抛物量子线中强耦合和弱耦合两种情况下极化子的基态能量、第一内部激发能量、激发能和振动频率随量子线的约束强度的变化关系。数值计算结果表明:抛物型量子线中极化子的基态能量、第一内部激发能量、激发能和振动频率都随量子线约束强度的增强而增大,体现了量子线受限强度越大,相应的极化子的能量也越大。     

Semiconductor Emitters in Entropy Sources for Quantum Random Number Generation

Random number generation (RNG) is needed for a myriad of applications ranging from secure communication encryption to numerical simulations to sports and games. However, generating truly random numbers can be elusive. Pseudorandom bit generation using computer algorithms provides a high random bit generation rate. Nevertheless, the reliance on predefined algorithms makes it deterministic and predictable once initial conditions are known. Relying on physical phenomena (such as measuring electrical noise or even rolling dice) can achieve a less predictable sequence of bits. Furthermore, if the physical phenomena originate from quantum effects, they can be truly random and completely unpredictable due to quantum indeterminacy. Traditionally, physical RNG is significantly slower than pseudorandom techniques. To meet the demand for high-speed RNG with perfect unpredictability, semiconductor light sources are adopted as parts of the sources of randomness, i.e., entropy sources, in quantum RNG (QRNG) systems. The high speed of their noise, the high efficiency, and the small scale of these devices make them ideal for chip-scale QRNG. Here, the applications and recent advances of QRNG are reviewed using semiconductor emitters. Finally, the performance of these emitters is compared and discuss their potential in future technologies.     

声子之间的相互作用对量子线中磁极化子性质的影响

研究了量子线中弱耦合磁极化子的性质.采用线性组合算符和微扰法导出量子线中弱耦合磁极化子的基态能量.在计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间的相互作用时,讨论了量子线的受限强度、电子-LO声子耦合强度和声子之间相互作用对量子线中弱耦合磁极化子的基态能量的影响.数值计算结果表明:量子线中弱耦合磁极化子的基态能量随量子线的受限强度ω₀的增大而迅速增大.当受限强度ω₀取相同值时,电子-声子耦合强度α越大基态能量E₀越小,磁场的回旋频率ω_e越大基态能量E₀越大.在弱磁场情况下,当ω₀<0.5时,随着量子线的受限强度ω₀的减少p值迅速增大,即对于弱磁场声子之间相互作用的影响不能忽略.     

Electronic States of a Shallow Hydrogenic Donor Impurity in Different Shaped Semiconductor Quantum Wells

The shallow hydrogenic donor impurity states in square, V-shaped, and parabolic quantum wells are studied in the framework of effective-mass envelope-function theory using the plane wave basis. The first four impurity energy levels and binding energy of the ground state are more easily calculated than with the variation method. The calculation results indicate that impurity energy levels decrease withthe increase of the well width and decrease quickly when the well width is small.The binding energy of the ground state increases until it reaches a maximum value,and then decreases as the well width increases. The results are meaningful andcan be widely applied in the design of various optoelectronic devices.     

有限深势阱下抛物量子线量子比特及其声子效应

采用Peaker变分法,研究了在有限深势阱下抛物量子线量子比特及其声子效应。量子线中这样的二能级体系可作为一个量子比特。当量子线中电子处于基态和第一激发态的叠加态时,电子的概率密度|ψ01(t,x,y,0)|2随着势阱宽度的增加而减小;电子的振荡周期T0随耦合强度α的增大而减小;振荡周期T0随受限长度l0的增加而增加。