复连通二维电子系统电阻量子化的理论解释

本文论证,单连通的二维电子体系,在低温、强磁场等条件下,其两端电阻精确地等于量子化霍耳电阻h/fe²,f为Landau填充因数。并以此为基础,解释了复连通二维电子系统的电阻量子化。 关键词：     

二维无序电子系统子带间的杂质散射效应

借助于格林函数方法,研究了二维无序电子系统子带间杂质散射对电导率和霍耳系数的量子相干修正的影响。结果表明当电子从单带占据过渡到双带占据时,电导率和霍耳系数均发生跨越行为。 关键词：     

量子化极限情况下MOS反型层二维电子气定域态电子电导率σxx的低频效应

本文分析了量子化极限情况下MOS反型层二维电子气(2DEG)定域态电子电导率的频率特性。主要内容:(1)用费密分布函数随频率变化导出了在2DEG两种主要导电过程的频率特性。即向迁移率边激发导电过程电导率σ_ME(ω)和可变程跳跃导电过程电导率σ_VRH(ω)。发现:σ_ME(ω)和σ_VRH(ω)是一个复数。(2)说明了σ_ME(ω)有较长时间常数τ_n,对应一个低频过程。σ_VRH(ω)有较短时间常数,对应一个高频过程。(3)理论与实验作了比较,拟合结果表明,在实验条件下,向迁移率边E_c激发时间常数τ_n 3.6×10^-6。 关键词：     

耦合电磁场对石墨烯量子磁振荡的影响

我们研究了包含自旋轨道耦合与杂质散射在内的石墨烯量子磁振荡对外加电磁场的响应.我们发现,石墨烯中自旋轨道耦合、电磁场以及边界共同修正了朗道能谱,且当电场与磁场比值超过某一临界值时,量子磁振荡会突然消失,这与非相对论二维电子气的情况显著不同.这种现象可以通过朗道量子化轨道由封闭转化为开放的半经典理论来解释.此外,我们还发现杂质散射和温度的共同作用会使得磁振荡振幅衰减.我们的结果可用于分析石墨烯及其类似结构(硅烯、锗烯、锡烯等)的费米能级与朗道能谱的相互作用,进而探测自旋轨道耦合引起的能隙.     

超强磁场下非掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子阱中激子和带电激子的光学特性

报道了液态氦温度(4.2 K)下非掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子结构中ZnSe势阱层内空间直接光致发光(PL)光谱的磁场依赖性(磁场高达53 T).实验结果显示,随着磁场的增加,激子和带电激子的PL强度呈现出相反的振动行为.当激子的PL强度增加时带电激子的PL强度减小,反之,当激子的强度减小时带电激子的强度却增加.并且在整个磁场范围内,这些振动呈现近似等间隔的周期性变化.这个行为被解释为费米能级与朗道能级的周期性共振,这个共振导致了处于费米能级上的二维电子气态密度的周期性调制. 关键词： 光致发光 二维电子气 带电激子 Ⅱ型量子阱     

量子化极限情况下MOS反型层二维电子气定域态电子电导率σ_(xx)的低频效应

本文分析了量子化极限情况下MOS反型层二维电子气(2DEG)定域态电子电导率的频率特性。主要内容:(1)用费密分布函数随频率变化导出了在2DEG两种主要导电过程的频率特性。即向迁移率边激发导电过程电导率σ_(ME)(ω)和可变程跳跃导电过程电导率σ_(VRH)(ω)。发现:σ_(ME)(ω)和σ_(VRH)(ω)是一个复数。(2)说明了σ_(ME)(ω)有较长时间常数τ_n,对应一个低频过程。σ_(VRH)(ω)有较短时间常数,对应一个高频过程。(3)理论与实验作了比较,拟合结果表明,在实验条件下,向迁移率边E_c激发时间常数τ_n3.6×10~(-6)。     

等能谷间杂质散射对无序层状系统电导率的影响

本文研究了等能谷间杂质散射对无序层状系统电导率的影响,求得了依赖于平面间耦合t的系统的有效维数的电导率修正。并且发现在计及等能谷间杂质散射时,电导率修正比只考虑谷内杂质散射时小一半,我们研究了层伏系统从二维过渡到三维的跨越维数效应,发现跨越行为依赖于谷间散射时间τ′,当t<1/τ(τ₀/τ′)^1/2时,系统具有二维行为,反之系统具有三维特征。 关键词：     

半导体量子器件物理讲座

文章从异质界面的三角势阱中二维电子气的形成人手,计算了二维电子气的量子化能级及其面电子密度.对HEMT器件材料结构参数的优化、器件的电荷控制模型及I-V特性作了分析.     

半导体量子器件物理讲座 第二讲 高电子迁移率晶体管（HEMT）

文章从异质界面的三角势阱中二维电子气的形成入手,计算了二维电子气的量子化能级及其面电子密度,对HEMT器件材料结构参数的优化、器件的电荷控制模型I－V特性作了分析。     

超强磁场下电子朗道能级稳定性及对电子费米能的影响

磁星是一类由磁场供能、强磁化的中子星,其内部磁场远高于电子的量子临界磁场.本文通过引入电子朗道能级的稳定性系数g_n,讨论了在磁星环境下电子的朗道能级的稳定性及其对电子费米能E_F(e)的影响;研究发现,磁场越强,电子的朗道能级越不稳定,最大的朗道能级级数n_(max)越小;朗道能级数n越大,能级稳定性系数g_n越小.根据朗道能级的稳定性系数g_n随磁场的增加而减小的要求,电子费米能表达式的磁场指数β必须是正数.通过引入Dirac-δ函数,推导出超强磁场下的简并的、相对论电子费米能的一般表达式,修正了E_F(e)的特解.新的特解给出磁场指数β=1/6;特解的适用范围ρ≥10~7g·cm~(-3),Bcr≤B≤10~(17)G.本文结果将有助于中子星内部弱相互作用过程(包括修正的URCA反应和电子俘获)和磁星磁热演化机理的研究.     

两个子带占据的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱中填充因子的变化规律

研究了低温(1.5K)和强磁场(0-13T)条件下,InP基In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱中电子占据两个子带时填充因子随磁场的变化规律.结果表明,在电子自旋分裂能远小于朗道能级展宽的情况下,如果两个子带分裂能是朗道分裂能的整数倍时,即⊿E21=κ*ωc(其中κ为整数),填充因子为偶数;当两个子带分裂能为朗道分裂能的半奇数倍时,即⊿E21=(2κ 1*ω/2,填充因子出现奇数.     

准粒子分数电荷的实验证明

在分数量子Hall效应中,Hall电导是量子化的.此效应最普遍的现象首先是在一个半导体的GaAs-AlGaAs异质结中的二维电子气中观察到的,即Hall电阻随着磁场强度的增加呈台阶形上升.此台阶的梯级高度与(p/q)e2｜h形式的 Hall电导值相当,出现台阶时,磁场值对应着每个电子有q｜p个磁通量子的情形,其中p和q是整数。且q通常是奇数. 二维电子气在强磁场中的Hall电导是量子化的,按照 Robert Laughlin的理论,这是因为当磁场与每个电子有q｜p个磁通量子的情形对应时,二维电子气的基态能有极小值,也就是在Hall电导发生台阶跳变时的磁场值处有极小值.…     

窄禁带稀磁半导体二维电子气的磁阻振荡研究

通过改变温度和磁场方向对调制掺杂的n型Hg_0.82Cd_0.16Mn_0.02Te/Hg_0.3Cd_0.7Te第一类量子阱中磁性二维电子气磁阻拍频振荡进行了深入的研究，发现不仅温度的变化能够引起磁阻拍频节点位置的变化. 而且改变磁场方向，可以分别调整塞曼分裂和朗道分裂. 从对拍频的分析中，可以将依赖于磁场垂直方向的朗道能级分裂和依赖于整个磁场大小的塞曼分裂区分开来. 关键词： 磁性二维电子气 自旋分裂 塞曼分裂 拍频     

非对易量子力学中中性原子在外电磁场中的朗道能级量子化

在非对易量子力学的框架中研究了中性原子在外加电磁场中运动时的朗道能级量子化问题.首先给出了中性原子体系在非对易量子力学中的哈密顿量,然后分别求解了非对易空间和非对易相空间中的薛定谔方程,并得到相应的朗道能级和本征波函数,同时给出了由于空间非对易性引起的能量修正项.     

InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究

使用变分法推导了InAlN/GaN异质结二维电子气波函数和基态能级的解析表达式,并讨论了InAlN/GaN异质结结构参数对二维电子气电学特性的影响.在假设二维电子气来源于表面态的前提下,使用了一个包含两个变分参数的尝试波函数推导电子总能量期望值,并通过寻找能量期望极小值确定变分参数.计算结果显示,二维电子气面密度随InAlN厚度的增大而增大,且理论结果与实验结果一致.二维电子气面密度增大抬高了基态能级与费米能级,并保持二者之差增大以容纳更多电子.InAlN/GaN界面处的极化强度失配随着In组分增大而减弱,二维电子气面密度随之减小,并导致基态能级与费米能级减小.所建立的模型能够解释InAlN/GaN异质结二维电子气的部分电学行为,并为电子输运与光学跃迁的研究提供了解析表达式.     

二维环状无限深势阱中的朗道能级

对于带电粒子在磁场中的运动,在各种教科书上都有详细的阐述,但是对于限制在二维无限深势阱的带电粒子,现在流行的各种量子力学教科书上都没有阐述.本文主要讨论二维无限深势阱中的能级和朗道能级.     

电子型超导体Gd掺杂的输运性质研究

在CuO_2平面以外的阳离子格点通过改变Gd含量引入了无序.研究了Nd_(1.85-x)Gd_xCe_(0.15)CuO_4单晶的电阻率ρ、霍耳系数R_H和热电势S.霍耳系数R_H的测量证明这种名义掺杂的改变并没有明显改变载流子的密度.热电势S(T)在120 K以上可用一个掺杂的半经验模型来分析,结果表明存在电子的窄能带和宽能带的共存.无论是电子态密度的带宽和有效电导率的带宽都随着x增加,而局域化的趋势随Gd掺杂增加明显增强.Gd掺杂对超导转变温度T_C的抑制作用很显著.在二维剩余电阻率ρ02D增加超过临界值h/4e~2时没有发生超导-绝缘体转变,观察到的却是超导和局域化的共存效应.量子干涉效应不可以定性地解释Gd掺杂对于电子型超导体的超导转变温度T_c的抑制.     

石墨烯基磁量子环的低态能谱对磁场的依赖关系

我们采用狄拉克-韦尔 (Dirac-Weyl) 模型, 计算出二维石墨烯基磁量子环和磁量子点分别在垂直非均匀磁场下的低态能谱, 并讨论包括两组旋量分量的低态能谱跟磁场的依赖关系。从直接对角计算法所获得的数值结果表明, 在非均匀磁场下, 磁量子点和磁量子环的能谱中的最低朗道能级(N-=0)皆为高度简并, 且数值恒等为零。在其邻近较高的朗道能级, 磁量子环出现了由磁场诱导的轨道角动量间的跃迁, 而磁量子点则没有。最后本文指出, 除了最低朗道能级(N-=0)外, 两组旋量分量的能谱完全一样, 只是其朗道能级所标记的两组量子数不同而已。     

三维量子Hall效应电阻平台与能隙

量子Hall效应最先在强磁场中的二维电子气体中产生，是一种内部绝缘、边缘单向导电、电阻为零的拓扑绝缘态，电阻平台的出现及纵向电阻的消失是量子Hall效应产生的标志。对于三维电子气体，z方向的自由度会破坏体系内部绝缘，阻碍量子Hall效应产生。解决问题的方法是让z方向磁场引诱体系在费米能级处产生能隙，从而保障内部绝缘。三维量子Hall效应是研究量子相变很好的平台，z方向磁场引发两种相变：在xy平面引发拓扑相变，在z方向引发体系由金属态向绝缘态的朗道相变。三维量子Hall效应最近在ZrTe5、HfTe5材料中观察到，与二维整数量子Hall效应的电阻平台出现在整数处不同，三维量子Hall效应的电阻平台出现在h/e²λ_F,z/2处，其中λ_F,z为电子在磁场z方向的费米波长。本文讨论量子Hall效应电阻平台出现以及纵向电阻消失的原因：朗道能级填满阻止左右边缘态电子的相互散射，保障了体系边缘的单向导电性和零电阻；用规范不变性理论推导三维量子Hall效应电阻平台的理论值，理论值与实验结果符合得很好；从自旋与轨道耦合理论出发，推导磁场在...     

石墨烯材料有望蕴育出新型宽带激光器

德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心(HZDR)领导的国际研究小组,在强磁场作用下,对石墨烯中电子的动力学研究有望促进新型宽带激光器的研制。研究人员将石墨烯放置在4特斯拉的磁场内,在磁场的作用下,迫使材料中的电子形成特定的能级,该能级被称为朗道能级。随后,研究人员用自由电子激光器对这些能级进行了研究。博士生Martin Mittendorff说:"激光脉冲激发电子,使它跃迁到特定的朗道能级。然后,用时间延迟脉冲探测该系统如何运