论文部分内容阅读
本文主要针对方形和抛物型量子阱,分别在分数维空间和实空间中,讨论了有限深和无限深量子阱模型中电子、激子的相关物理性质:粒子与体纵光学波(LO)声子、约束LO声子和界面(IO)声子等的相互作用:在不太强电场强度下,量子阱和球形量子点中的量子限制斯塔克效应。本文主要包括以下几方面内容:
(1)首先从理论上讨论了无限深和有限深方形、抛物型量子阱中的各向同性分数维空间定义。通过将粒子运动的各向异性实空间转化为各向同性的分数维空间,可以大大简化粒子能量本征值的计算过程。分数维空间的定义主要取决于两个物理量:表征具体受限强度的限制特征长度和粒子之间相互作用尺度的大小。无限深量子阱中,由于严格的局域限制作用,分数维空间随着阱宽的减小从3维单调减小到2维。有限深量子阱中,当阱宽趋于无穷或者接近零时,分数维都趋近于3维,在这两种情况之间,分数维有一个极小值,对应着粒子受到的最强限制作用,这可以由粒子的量子隧穿效应来解释。当阱宽小于粒子之间相互作用强弱的尺度大小以后,随着阱宽的进一步减小,粒子波函数隧穿到量子阱两边势垒的概率增大,相当于粒子运动的范围增大,所以分数维空间随着阱宽的继续减小反而增大。
(2)利用分数维空间方法,计算了不同量子势阱中电子、激子与体LO声子之间的相互作用。在半导体弱声子场近似下,声子使得电子的有效质量、能量出现一个偏移变化。体LO声子使得激子的基态能级显著上升,因此LO声子效应不可忽略。无限深量子阱中,声子能量贡献隧阱宽的增大单调减小,而在有限深量子阱中出现一个极大值,对应着分数维的极值。激子结合能随着阱宽的变化情况与势垒高度有关。
(3)在分数维空间中,研究了弱电场下量子阱中的激子-体LO声子系统的能量。将电场项作为微扰项,计算有限深GaAs/Al0.3Ga0.7As抛物形量子阱中,激子结合能随电场的变化情况。无论考虑LO声子效应与否,其均随着阱宽的增大出现极大值。体LO声子与激子之间的相互作用使得电场下的激子结合能减小。另外,当量子阱宽确定时,激子结合能随电场的减小而减小。
(4)在实空间中,研究了方形量子阱中IO声子的频率以及与粒子的相互作用。量子阱中,IO声子有四支界面模。在窄阱宽情况下,激子与LO声子的相互作用贡献占主要地位,宽阱宽条件下,其与IO声子的相互作用贡献占主要地位,在这两种情况之间,两种声子共同作用。量子阱的非对称性主要影响IO声子的能量贡献,对LO声子的贡献影响不大。最后,在球形量子点中,利用微扰论,研究单电子能级在电场下的能量变化情况。