双层二维量子阱系统中的激子凝聚态

双层二维电子气,中间被10nm厚的绝缘层隔开.两层二维导体中的载流子(电子或空穴)间将发生什么样的相互作用?最近,来自美国California Institute of Technology凝聚态物理部的D.Nandi等,在低温强磁场的条件下,完成了相关实验.结果表明,由于存在库仑相互作用,在其中一层中的电子,有可能同另一层中的空穴结合成对,形成激子凝聚态.于是,如果我们在电子导体的回路中产生一个原初电流,激子内部的拖     

电子──空穴液体

电子──空穴液是贝尔实验室的海纳斯 (J.R.Haynes)于1966年在极低温度下的硅单晶中首先观察到的。一块纯净的硅或锗的温度降低到绝对温度几度以下,靠热激发几乎不足以使价带的电子激发到导带上去,此时硅或锗中自由载流子极少,若采用适当波长的激光(其光子能量至少等于半导体价带与导带之间的能隙)照射半导体表面,例如用钕玻璃激光器产生的很强的红外辐射射到锗的表面,会产生大量的电子与空穴,由于电子与空穴的相互作用,一个电子和一个空穴在低温下可形成一个激子。一个激子很象一个氢原子,一个带员电的电子绕着带j巳电的空大运动。在激光…     

半导体中高强度激发效应

自从发观半导体激光以后,对强激发半导体辐射过程已经有了广泛的研究。事实上,可以遇到完全不同的情况,这取决于不同的电子空穴对的激发密度和温度。仅只考虑本征效应,就能区别下列状态: 1)在中等密度和温度下,观察到弱相互作用的粒子气(激子、电子……),在那里新的辐射过程促成两个激发的碰撞(激子——激子,激子——电子)。 2)在非常高的密度下,该系统作为简     

Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体微纳结构中的激子磁极化子及其发光

自旋是基本粒子(电子、光子)角动量的内在形式.固体中体现自旋特征的集体电子行为如拓扑绝缘体等是当前凝聚态物理领域关注的焦点,是基态行为.激子作为电子空穴对的激发态且寿命很短,可复合发光,它是否能体现自旋极化主导的行为?对此人们的认识远不如针对基态的电子.激子磁极化子(exciton magnetic polaron, EMP)是由磁性半导体微结构中铁磁自旋耦合态与自由激子相互作用形成的复合元激发,但其研究很有限.本文概述了我们在稀磁半导体微纳米结构中的EMP及其发光动态学光谱、自旋极化激子凝聚态的形成方面取得的一些进展,展望了未来可能在自旋光电子器件、磁控激光、光致磁性等量子技术方面的潜在应用.     

半导体中光的相干传播理论(Ⅱ)

本文是关于半导体中光的相干传播理论的第二部分。考虑到电子空穴间的相互作用,我们讨论了光波与半导体的相互作用,得到了描述光激发电子空穴极化波的方程。我们指出只有在激发比较弱时,这组方程才可近似为一组线性方程,电子空穴极化波才可以看作玻色场。本文还着重讨论了分立的激子谱线的相干激发,证明了它可以近似等效于一个二能级系统的激发,等效的二能级系统的能级差和激发的程度有关,等效的二能级“原子”的“浓度”由激子波函数的性质决定。 关键词：     

共轭高聚物双分子结构中激子电致解离的动力学研究

通过绝热动力学方法,研究了共轭高聚物双分子结构中激子对外加电场的响应.当外电场强度超过某个临界值时,激子会被解离成一对自由的电子与空穴.对于双分子结构中的激子,其临界解离电场除了受电子与电子相互作用以及电声相互作用影响之外,还受分子间相互作用的影响.由动力学演化的计算得到,激子临界解离电场强度随分子间相互作用强度的增大而呈非线性降低;随电子与电子相互作用强度的增大呈非线性减小的变化;但是,随电声耦合强度的增大却呈现出线性增大的变化.     

一维半导体的光学吸收

研究一维半导体在外电磁场中的光吸收、涉及电子带间的直接跃迁与间接跃迁，考虑了电子－空穴相互作用的激子光吸收，导出一维半导体的光吸收系数公式。     

二维半导体材料中激子对介电屏蔽效应的探测及其应用

二维过渡金属硫族化合物作为二维半导体材料领域研究的重要分支,凭借较强的光-物质相互作用和独特的自旋-谷锁定等特性,吸引了广泛而持久的关注.单层的二维过渡金属硫族化合物半导体具有直接带隙,在二维的极限下,由于介电屏蔽效应的减弱,电荷间的库仑相互作用得到了显著的增强,其光学性质主要由紧密束缚的电子-空穴对—激子主导.本文简单回顾了近年来二维过渡金属硫族化合物光谱学的研究历程,阐述了栅压和介电环境对激子的调制作用,之后重点介绍了一种新颖的激子探测方法.由于激发态激子(里德伯态)的玻尔半径远大于单原子层本身的厚度,电子-空穴对之间的电场线得以延伸到自身之外的其他材料中.这使得二维半导体材料的激子可以作为一种高效的量子探测器,感知周围材料中与介电函数相关的物理性质的变化.本文列举了单层WSe₂激子在探测石墨烯-氮化硼莫尔(moiré)超晶格势场引发的石墨烯二阶狄拉克点,以及WS₂/WSe₂莫尔超晶格中分数填充的关联绝缘态中的应用.最后,本文展望了这种无损便捷、高空间分辨率、宽适用范围的激子探测方法在其他领域的潜在应用场景.     

II-VI族稀磁半导体微纳结构中的激子磁极化子及其发光

自旋是基本粒子（电子、光子）角动量的内在形式.固体中体现自旋特征的集体电子行为如拓扑绝缘体等是当前凝聚态物理领域关注的焦点,是基态行为.激子作为电子空穴对的激发态且寿命很短,可复合发光,它是否能体现自旋极化主导的行为?对此人们的认识远不如针对基态的电子.激子磁极化子（exciton magnetic polaron,EMP）是由磁性半导体微结构中铁磁自旋耦合态与自由激子相互作用形成的复合元激发,但其研究很有限.本文概述了我们在稀磁半导体微纳米结构中的EMP及其发光动态学光谱、自旋极化激子凝聚态的形成方面取得的一些进展,展望了未来可能在自旋光电子器件、磁控激光、光致磁性等量子技术方面的潜在应用.     

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.     

耦合量子阱中激子凝聚的研究进展

近年来，半导体量子阱中激子的玻色一爱因斯坦凝聚研究取得了很大进展．实验上利用耦合量子阱间接激子中电子和空穴在空间上的分离，显著提高了激子的冷却速度和寿命，成功地把激子冷却到1K以下，观察到了激子的准凝聚状态，并且在强激光照射下，发现了随光照强度增强而增大的激子发光环和环上形成的有规则斑点图案，引起了广泛的兴趣和重视．理论研究表明，发光环的出现是电子和空穴在量子阱中的反常输运行为造成的，但环上形成规则斑点的物理机理目前尚不清楚．文章介绍了这方面的实验背景和形成激子环的物理图像，指出了理论研究中存在的问题，并对解决问题的方案进行了讨论．     

晶格振动对激子运动的影响

在本文中用Haga研究极化子时提出的微扰法讨论晶格振动对激子运动的影响。把作者过去的工作推广到电子和空穴质量不相等的普遍情形。在忽略反冲效应中不同波矢的声子之间的相互作用时,导出了激子的基态能量、有效质量、约化质量和内部势能。指出:激子的有效质量和电子、空穴与声子的相互作用有关;激子的约化质量不仅和电子、空穴与声子的相互作用有关,而且还和电子空穴质量比有关;激子形成自陷态的条件并非由电子、空穴与声子相互作用的大小,而是由电子、空穴质量比决定。形成激子自陷的条件是电子、空穴质量比0.261<μ_e/μ_h<3.83。在μ_e/μ_h<0.261或μ_e/μ_h>3.83的情形,激子极化晶体中并不形成自陷态。 关键词：     

应变纤锌矿GaN/A10.15Ga0.85N柱形量子点的光学性质：流体静压力效应

在有效质量近似下,考虑强的内建电场和应变对材料参量的影响,变分研究了流体静压力对有限高势垒应变纤锌矿GaN/Al0.15Ga0.85N柱形量子点中重空穴激子的结合能、发光波长和电子空穴复合率的影响.数值结果表明,激子结合能和电子空穴复合率随流体静压力的增大而近线性增大,发光波长随流体静压力的增大而单调减小.在量子点尺寸较小的情况下,流体静压力对激子结合能和电子空穴复合率的影响更明显.由于应变效应,为了获得有效的电子-空穴复合过程,GaN量子点的高度必须小于5.5 nm.     

Optical Properties of Strained Wurtzite GaN/Al0.15 Ga0.85 N Cylindrical Quantum Dots: Effects of Hydrostatic Pressure

在有效质量近似下,考虑强的内建电场和应变对材料参量的影响,变分研究了流体静压力对有限高势垒应变纤锌矿GaN/Al0.15Ga0.85 N柱形量子点中重空穴激子的结合能、发光波长和电子空穴复合率的影响.数值结果表明,激子结合能和电子空穴复合率随流体静压力的增大而近线性增大,发光波长随流体静压力的增大而单调减小.在量子点尺寸较小的情况下,流体静压力对激子结合能和电子空穴复合率的影响更明显.由于应变效应,为了获得有效的电子-空穴复合过程,GaN量子点的高度必须小于5.5 nm.     

红色Hgl_2中激子-电子和激子-空穴相互作用

在N_2激光的强激发下研究了纯的红色HgI_2的光致发光光谱。所用HgI_2是层状的半导体,具有2.4eV的直接能带隙。光谱呈现出激子-空穴的相互作用,也呈现出激子-电子的相互作用。 脉冲强激发引起两条发射带(在150°K温度下为2.280eV和2.226eV)。当温度超过60°K时,发射强度随激发强度按平方规律增长。当温度降到60K以下时,另一个位于     

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．     

应变纤锌矿GaN/A10.15Ga0.85N柱形量子点的光学性质:流体静压力效应

在有效质量近似下,考虑强的内建电场和应变对材料参量的影响,变分研究了流体静压力对有限高势垒应变纤锌矿GaN/Al_0.15Ga_0.85N柱形量子点中重空穴激子的结合能、发光波长和电子空穴复合率的影响.数值结果表明,激子结合能和电子空穴复合率随流体静压力的增大而近线性增大,发光波长随流体静压力的增大而单调减小.在量子点尺寸较小的情况下,流体静压力对激子结合能和电子空穴复合率的影响更明显.由于应变效应,为了获得有效的电子-空穴复合过程,GaN量子点的高度必须小于5.5 nm.     

纳米结构ZnO晶体薄膜室温紫外激光发射

文章综述了纳米结构的氧化锌半导体薄膜在室温下自由激子的自发辐射以及由自由激子引起的受激发射的特性，阐述了在不同激发密度下室温紫外受激发射的机理．纳米结构氧化锌半导体薄膜是用激光分子束外延(L-MBE)技术生长在蓝宝石衬底上的．薄膜由密集而规则排列的纳米尺度的六角柱组成．这些纳米六角柱起着限制激子运动的作用，激子的量子尺寸效应，使激子的跃迁振子强度大幅度增强．同时六角柱之间的晶面组成了一个天然的激光谐振腔．室温下用三倍频的YAG脉冲激光激发，可从这些纳米结构的氧化锌薄膜中观测到很强的紫外激光发射．研究发现，在中等激发密度下，紫外受激发射是由于激子与激子间碰撞而引起的辐射复合．在高密度激发条件下，由于激子趋于离化，紫外受激发射主要由电子-空穴等离子体的辐射复合引起．由于纳米结构中激子的跃迁振子增强效应，在室温下测量到的光学增益高达320cm^-1，这比在同样条件下测量到的块状氧化锌晶体的光学增益要高一个量级以上．与传统的电子-空穴等离子体激光辐射相比，激子引起的受激发射可在较低的激发密度条件下实现．这在实际应用上很有价值．     

垂直耦合自组织InAs双量子点中激子能的计算

在有效质量近似条件下研究了垂直耦合的自组织InAs/GaAs量子点的激子态.在绝热近似条件下，采用传递矩阵方法计算了电子和空穴的能谱.通过哈密顿量矩阵的对角化，对电子和空穴间的库仑相互作用进行了精确处理.讨论了两量子点间的垂直距离对激子基态能的影响.从基态波函数概率分布的角度，讨论了激子的束缚能.计算了重空穴和轻空穴激子的基态能随外部垂直磁场变化的函数关系.计算了量子点大小（量子点半径）对激子能的影响. 关键词： 量子点 激子 对角化     

准二维强耦合激子有效质量的温度依赖性

采用Tokuda改变的线性组合算符法和改进的Lee-Low-Pines变换法,研究了温度对量子阱中电子(空穴)与界面光学(IO)声子强耦合又与体纵光学(LO)声子弱耦合激子的有效质量的影响.结果表明,由电子(空穴)-体纵光学声子弱耦合所产生的激子有效质量(Mex*-LO)随量子阱宽N的增加而增大、随电子与空穴间相对距离P的增加而先增大后缓慢减小再趋于稳定,温度T对Mex*-LO及其随N和P变化的规律产生显著影响.同时,Mex*-LO)随T的变化也强烈的受到量子尺寸效应的影响;由电子(空穴)-界面光学声子强耦合所产生的激子有效质量Mcx*-IO随N的增加而减小,随T的升高而增大、随p的增加而先增大后缓慢减小再趋于稳定,但丁对Mex-IO随N和p变化的规律无明显影响.