摘要： 本文主要对GaN外延膜和InAs量子点等两种Ⅲ-V族化合物半导体材料进行研究。采用分子束外延系统生长样品,完善制备工艺,并研究其发光特性。 对GaN外延膜进行研究。采用EPI930固态源分子束外延系统在蓝宝石衬底上生长GaN外延膜。一方面,摸索GaN在蓝宝石衬底上初始外延生长的最佳条件,优化薄膜生长工艺参数,获得具有良好晶质的GaN外延层,并研究不同生长条件下样品的光学特性及其发光机制。另一方面是研究低Al掺杂对GaN外延层光电特性及表面形貌的影响,并通过光致发光,霍尔效应和高分辨率SEM等测量方法来确定GaN外延层的质量。研究结果表明,改变Ga的流量,氮气净化和采用AlN做缓冲层可以逐步改善样品的表面形貌及发光性能。当在GaN外延膜中掺入0.11%Al时,GaN:Al薄膜粗糙度最小,具有最低的自由电子浓度（3×1017cm-3）和最高的电子迁移率（140V.s/cm2）。 对InAs量子点进行研究。利用EPI930固态源分子束外延系统在（001）GaAs衬底上生长一系列InAs样品,分别研究InxGa1-xAs盖层,InxAl1-xAs隧道阻挡层,以及In0.1AlxGa0.9-xAs缓冲层Al掺杂量和In0.2Al0.8As盖层厚度对量子点发光效率和发光强度的影响,并通过组成成分和厚度的调谐,使其发射波长接近1.3μm。研究结果表明,用InxGa1-xAs层覆盖量子点,通过分析InAs量子点的光发射,证实在GaAs层、接近InAs量子点的区域以及浸润层里确实存在着无辐射中心,而且氢钝化对无辐射中心起到抑制作用。在InAs量子点和覆盖层之间插入In0.2Al0.8As隧道阻挡层,不仅可以抑制界面缺陷,减少无辐射中心的数量,提高发光效率,使发光强度

关键词： 太阳能电池   TIO2   水热法   SPAn   CdS纳米粒子  

摘要： 太阳能电池具有清洁无污染,能量取之不尽、用之不竭的特点,成为人们研究的热点。本文综合阐述了太阳能电池的发展历史,太阳能电池的材料、结构,发展状况及存在的问题等,在结合上述阐述的基础上,提出了用量子尺寸的CdS敏化TiO太阳能电池的设想。 TiO是一种廉价、安全、应用范围广的太阳能电池用材料,但是由于其禁带宽度较大(3.2ev),使其只能吸收太阳光中的紫外部分,导致其转化效率较低,因此要对其进行敏化,提高其转化效率,达到实用化的目的。CdS的禁带宽度只有2.42ev,且其能带位置决定了其可以用来敏化TiO电极,但是在TiO电极上覆盖一层CdS膜,其敏化效果不是很明显。因此,很多学者致力于用量子尺寸的粒子来敏化TiO电极。但是,CdS纳米粒子由于有较高的比表面积,易于团聚,因此提出用导电聚合物包裹CdS粒子,来防止其团聚。同时,用自组装的方法,将制备的结晶性能好的CdS粒子,复合到多孔TiO薄膜中,来达到敏化的目的。 本研究共分为三个部分:一是探索制备导电聚合物聚苯胺(SPAn)包裹的CdS纳米粒子;二是探索用水热法制备未经包裹的量子尺寸的CdS粒子;三是研究量子尺寸的CdS粒子敏化的TiO光电极。 用水热法制备了SPAn包裹的CdS粒子,研究了不同的SPAn的含量、反应温度、反应时间、不同的溶剂、不同的表面修饰剂对SPAn包裹的CdS粒子的影响。研究表明:SPAn能有效的在CdS粒子的外层形成包裹层,但是不能很好的消除团聚,导致粒子的尺寸较大,团聚尺寸可达20nm以上,大大的超过了CdS粒子的量子尺寸(6nm),故而在量子点敏化TiO电极上不具有实用性。 鉴于上述原因,本文还研究了用水热法制备的未经包裹的CdS粒子。用水热微乳法制备得到了结晶性能好的,尺寸在10nm以下的CdS粒子,且粒子的大小随着水与表面活性剂的摩尔比的增大而减小。但其尺寸仍在6nm以上,在此基础上,研究了不同的表面活性剂及不同PH值条件下制备的CdS粒子,结果表明:在碱性条件下用水热法制备的CdS粒子,其大小可达到6nm一下,且团聚

关键词： 量子点   电导  

摘要： 利用非平衡格林函数方法,研究了量子点环的相干输运性质. 结果表明:与一维量子点阵列相比,量子点环中的电子出现更多新的准束缚能级.量子点间耦合的增强会使微分电导振荡出现退相干现象.

关键词： 电-声子相互作用   输运   非平衡格林函数   正则变换  

摘要： 许多研究已经发现，低温下量子点系统中存在强的电—声子耦合作用，它对量子和多体性质有重要的影响。文章借助于正则变换方法，并作绝热近似，非微扰地处理有外场作用下的电—声子作用。在对哈密顿量进行有效等价的基础上，采用非平衡格林函数方法处理外加偏压所导致的非平衡输运，系统地研究了耦合在两电极间的量子点。其中着重考虑局域电—声子相互作用在外场下对量子点输运的影响。通过对谱函数和电流的计算并结合数值分析，发现谱函数和电流由于外场作用下的电—声子相互作用的影响而呈周期性变化，且变化频率为外场变化频率的两倍。

关键词： LiFePO4   LiMPO4   掺杂   电子结构   导电率   电池材料   离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)  

摘要： 新能源的不断开发是人类社会可持续发展的重要基础。随着科技的进步,人们对可移动能源的需求愈来愈强烈。因此,人们在不断寻求价廉、安全、环境友好、性能优异的二次化学电源材料。最近,发现LiMPO是具备以上优良性能的潜在锂离子电池正极材料。 而分子化学向材料化学发展是大势所趋,研究材料组分分子间相互作用己成为倍受化学家和材料学家关注的领域。本论文主要基于理论计算,研究LiFePO及LiMPO的分子结构及成键图像,分析得到了共价键、波函数、态密度等分子内部信息。 本文用离散变分密度泛函(DFT-DVM)方法计算了LiMPO(M=Mn,Fe,Co和Ni)和FePO,讨论了组成,电子结构,化学键等与性能之间的关系。在态密度图中,O2p分态密度主要贡献总态密度靠近费米能级的价带,M3d主要贡献总态密度靠近费米能级的导带,其它各个分态密度的主峰则离费米能级较远。 LiFePO的离子键和共价键强度都比FePO低,以及态密度的变化都表明,LiFePO的电导率比FePO高,这在一些实验中已经得到了证明。从LiMnPO到LiNiPO,离子键和共价键强度都降低,再加上态密度的比较都表明,从LiMnPO到LiNiPO电导率逐渐升高,这与实验结果一致。 另外,本文还用离散变分密度泛函(DFT-DVM)方法计算了在LiFePO中掺杂M原子(M=Mn,Co和Ni),讨论了组成,电子结构,化学键等与性能之间的关系。从LiFeMnPO到LiFeNiPO,离子键和共价键强度都降低,再加上态密度的比较都表明,从LiFeMnPO到LiFeNiPO电导率逐渐升高,这还需要更进一步的实验数据。

关键词： 半导体异质结量子线   自旋轨道耦合   激光场   非平衡格林函数   介观瞬态输运  

摘要： 量子线(纳米线)、量子点等介观系统中的电子输运一直是人们关心的问题。因为它不仅是一个重要的基础物理问题,而且有着潜在的高技术应用背景,量子线、量子点等介观体系是今后纳米量子电路的重要物理器件。随着激光技术的长足发展,激光与物质的相互作用已成为一个重要的科学问题,特别是激光对介观体系电子输运性质的影响这一问题引起了人们的很大兴趣。本文在有效质量自由电子模型基础上,采用Keldysh非平衡格林函数方法,研究了激光场作用下半导体异质结量子线含有自旋轨道耦合情况下的电子结构和输运性质,得到了一些有意义的新结果。 全文共分为五章。第一章简要介绍了闪锌矿结构化合物半导体异质结(量子阱)及其人工微结构中电子自旋轨道耦合的研究历史与现状,包括自旋积聚、自旋进动、自旋泵效应、自旋过滤、自旋极化输运以及自旋流与自旋霍尔效应等。第二章从能带理论角度描述了半导体异质结的形成以及量子阱、量子线、量子点的制备和用途等;同时介绍了半导体及其异质结中电子自旋轨道耦合的类型。第三章介绍了非平衡格林函数方法及其在介观输运中的应用,推导了广泛应用的运动方程以及电流公式。 第四章的内容主要是我们自己的工作。利用非平衡格林函数运动方程方法,研究了共振(即频率与量子线横向子能级间隔匹配时)激光场辐照下量子线的电子输运性质。在不含自旋轨道耦合情况下,当激光场沿纵向极化时,在适当的电子—光子相互作用强度下呈现有趣的负电导现象;当激光场沿横向极化时,系统电导呈现对称分布的峰值结构。当计入自旋轨道耦合后,横向极化激光场辐照下当外场频率Ω和自旋轨道耦合强度k取适当值时,可以提高自旋极化率并改变系统的输运特性。文中对这些现象形成的物理机制进行了定性和定量地分析和讨论。 第五章我们对本文的工作进行总结和归纳,并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。

关键词： 量子线   量子点   电磁输运  

摘要： 介观体系具有很多有趣的量子现象和量子效应。这些现象和效应被广泛地用来开发具有新原理和新结构的量子器件。因此介观结构已经成为目前物理学中一个十分活跃的研究热点,特别是介观体系的电磁输运性质引起了人们的广泛关注。量子线和量子点是两类典型的介观结构。本论文主要利用格林函数方法研究了量子线和量子点阵列中的电磁输运性质。其目的是在于发现这些介观结构中新的量子效应并揭示其内在的物理机制和规律,为设计和实现新的量子器件提供物理模型和理论依据。 本论文共分六章。 第一章主要介绍典型的介观体系和介观体系中量子现象及其制备方法。 在第二章中,我们介绍了格点格林函数方法,包括介观体系的格林函数表示及相关物理量(如透射系数,局域态密度等)的计算。 在第三章中,我们利用格林函数方法研究了非理想效应,如电子的能量分布、不对称的几何结构和温度,对量子场效应方向耦合器中电子输运性质的影响。结果表明,只有处在一定能量范围内的电子才能在耦合器中发生完全周期性的转换。这些电子的电导图谱随势垒(耦合区域)的长度和势垒的高度变化呈现出周期或准周期性。而对于那些不在这一能量范围内的电子,其电导图谱上将出现许多不规则的振荡,电子在两量子线间完全周期性的转换也被破坏。此外,温度和结构的不对称性使电子在双量子线间的转换效率降低。 在第四章中,我们主要讨论了在磁场作用下耦合双量子线的电磁输运性质。我们发现通过有限势垒耦合的双量子线在磁调制下可以用作为电子能量过滤器和分流器。量子线水平方向的电导曲线呈周期性的方波变化,而电导微带的位置和宽度由势垒和磁场的大小决定。同时这种结构在磁场调制下是一种更好的方向耦合器,可以通过调节外部磁场和势垒的大小来实现从某一端口入射的电子以几乎为1的几率从任何其他的端口出射。 在第五章中,我们研究了一种准一维量子点超晶格结构的电子输运性质。我们发现电导图谱上共振峰的劈裂并不一定满足一般电磁超晶格的劈裂规律。共振峰的劈裂数目依赖于量子点的个数,几何尺寸及量子点中势的大小。 第六章是本论文的工作总结及对将要开展的工作的展望。

关键词： 铁磁体   自旋极化输运   自旋极化率   隧穿系数   多层量子阱   Rashba自旋轨道相互作用  

摘要： 利用Mireles和Kirczenow在弹道输运的Landauer理论框架内提出的相干量子输运理论和传递矩阵的方法,考虑到自旋轨道耦合作用,研究在铁磁体(F)/半导体多量子阱(SMW)/铁磁体的一维结构中的自旋电子的量子相干输运的特性。中间层的多量子阱我们用GaAs/GaAlAs来构造。在这里GaAs在结构中起到了势阱的作用,而GaAlAs起到了势垒的作用。 首先研究了在多量子阱系统中,势垒和势阱宽度的变化对隧穿系数的影响。在多量子阱结构中可看到明显的共振隧穿效应。对比在不同耦合强度下,改变势垒或势阱的宽度,发现:(1)在改变势阱宽度时,隧穿系数的周期变化不大;数值变化较为明显;自旋向下电子的位相发生改变,与自旋向上电子的隧穿系数之间的位相差增大;(2)在改变势垒宽度时,隧穿系数周期变化较大;数值变化较小;自旋向下与自旋向上电子之间的位相差明显变小。 又对F/SMW/F结构中耦合强度的的改变对隧穿系数的影响进行了计算,并将结果与铁磁体/半导体(S)/铁磁体异质结结构中的隧穿特性比较,发现二者的结果是有明显的不同的。在F/SMW/F结构中,隧穿系数随耦合强度的增加振荡的较为剧烈,振荡的周期性较F/S/F结构中减弱了。隧穿极化率得到一定的提高,极化率的最大值可以达到60%多。并且在多量子阱系统中通过调整自旋轨道耦合的强度,可以使自旋极化率发生翻转,也就是说可以控制自旋极化电流的极化方向。 通过上述的结果说明,在中间隧道层中利用半导体多量子阱结构,通过调整结构中势阱或势垒的宽度,并对耦合强度加以控制,就

关键词： 平面波近似   Rashba效应   量子势阱   自旋极化  

摘要： 研究二维超晶格半导体异质节组成的量子系统,利用传输矩阵及平面波近似方法求出自旋不同取向电子的透射系数、自旋极化度、电导,研究结果显示,非自旋极化电子透射该异质节后可以获得很高的自旋极化度,也能得到较高的电导率.

关键词： 纠缠电子体系   Berry位相   量子输运方法  

摘要： This report includes three parts:\n 1. We study shot noise for entangled electrons in a 4-lead beam-splitterwith one incoming lead driven by adiabatically rotating magnetic fields. Wepropose a setup of an adiabatically rotating magnetic field therefor, which isappropriate for an electron beam to transport through. Using the scatteringmatrix approach, we find that shot noise for the singlet and that for theentangled triplet oscillates between bunching and antibunching due to theinfluence of the Berry phase. It provides us a new approach for testing theBerry phase in electron transport on the basis of entanglement.\n 2. We apply the perturbation theory to investigate the behavior of theBerry phase of a composite system. The composite system consists of twoweakly coupled spin-particles, in which each particle is driven by a varyingmagnetic field. The result shows that the Berry phase for one subsystem iscontrolled by the state of the other subsystem. The method can also be usedto deal with the effect of a spin environment on a single-particle system ifthe particle is weakly coupled to the spin environment.\n 3. We study shot noise for electron pairs in a 4-lead beam-splitter witheach incoming lead driven by a Rashba interaction. The Rashba phases mod-ify the symmetry of the spin part of the wave function; hence, intermediatedegrees of bunching and antibunching can be induced.