关键词： 凝聚态物理   量子输运   低维系统   介观系统   纳米结构   量子效应  

摘要： 量子输运性质是凝聚态物理学中一个非常重要的研究方向。近年来，随着微加工技术的迅速发展，介观系统以及纳米结构中的量子效应倍受人们的关注。本论文从以下三个方面深入探讨了低维系统中的量子输运性质。\n 第一，对一维非周期介观环中磁通诱导的持续电流作了系统的理论研究。首先，根据非周期k组元Fibonacci(KCF)结构，构造了一维介观环。在此基础上，利用紧束缚近似和转移矩阵方法，详尽探讨了此系统中持续电流的行为。研究表明，对于同一个KCF介观环，在位能增加时，系统的无序度增强，持续电流明显减小；并且，如果电子填充到能谱中一个较大能隙的底部，增加或减少电子都会导致持续电流几个数量级的改变。对于不同的KCF介观环，当1＜k＜6时，KCF结构是准周期的，与磁通有关的电子能谱具有自相似性；而当k≥6时，KCF结构介于准周期和无序之间，能谱不存在自相似性。由于电子能谱的差异，KCF介观环中的持续电流随之表现出不同的特征。一方面，当在位能保持不变而组元数k增加时，系统的无序度增强，但是持续电流并没有单调减小，而是呈振荡趋势；另一方面发现，随着结构中组元数k增加，即使电子填充数发生改变，也没有出现持续电流的剧烈起伏。此项工作首次在一个统一的结构模型中(包括周期、准周期以及介于准周期与无序之间的结构)，给出了该系统中各种特征的电子能谱，揭示了该系统中磁通诱导的持续电流所具有的丰富特性。\n 第二，发现了random-dimer(RD)介观环中电子退局域所导致的持续电流增强的效应。研究表明，尽管RD系统中存在无序，但是由于电子退局域现象的发生，RD介观环中电子的输运性质发生很大的变化。如果Fermi能在系统共振能量附近，对应的电子态是扩展的，总持续电流与自由电子的情形相比几乎没有减小；相反地，如果Fermi能偏离了共振能量，电子最高占据态是局域的或者处于扩展态与局域态之间，则持续电流会由于杂质散射急剧降低。同时，计算了不同电子填充数情况下持续电流曲线所包围的面积，以此验证了RD模型中扩展态数目满足√N规律(N为系统中格点总数)。该工作首次揭示了RD介观环中电子退局域化所导致的持续电流的增强效应，提供了一种合理的模型来解释实验上观测到的异常大持续电流的现象，并且讨论了具有此种性质的介观环在量子开关器件中可能的应用。\n 第三，首次研究了具有反对称型杂质的一维链中电子的退局域化和共振透射现象。该研究中的随机杂质基团由三部分构成，中间为奇数个主链原子，左边部分包含若干个非主链原子，右边部分是其反对称像。基于紧束缚近似，首先从非对称的三元杂质(AST)模型出发，解析地给出了电子退局域化产生所必须满足的约束条件，有关电子透射系数、Lyaponov指数及电子波函数的数值计算结果完全证实了解析的分析。在AST模型的基础上，将该模型推广到反对称的randomn-mer(ASN)情形，严格证明了如果一维系统中每个随机杂质的在位能分布关于中心主链原子反对称，那么这个系统一定能出现电子退局域化现象，系统会发生金属-绝缘体转变。这项工作首次讨论了一维系统中杂质内部具有反对称性时电子透射的情况，突破了以往相关研究工作对于此类具有关联特征的无序模型的限制，即要求杂质内部满足镜面对称性。所提出的ASN模型，一方面，为一些有机聚合物的高导电性给出了一个合理的物理解释；另一方面，为新型导电有机物的合成提供了一种新的科学思路，具有潜在的应用前景。\n 通过以上三方面的研究，揭示了在具有一定无序度的介观系统中，量子输运性质所表现出的丰富特性，同时以具有关联特征的一维无序系统为例，探讨了电子局域-退局域转变发生的物理原因，为新型材料以及新型器件的研制开拓了思路。

关键词： 量子点   量子输运   DNA分子   分子导线   电子隧穿   量子约束效应   理论物理   量子器件   固态量子计算机  

摘要： 三维方向限制电子的运动在纳米尺度内便产生了量子点。人们已经提出量子点能够构造一些基本的量子器件，包括固态量子计算机的组件。另一方面，DNA分子有望成为理想的分子导线。要实现这些建议，这就要求人们进一步理解电子隧穿通过量子点和DNA分子的输运特性。本文利用平衡单粒子多通道网格方法研究了电子隧穿通过量子点的输运特性。\n 在第一章中，简要地介绍论文所涉及的物理概念，包括量子约束效应，库仑阻塞和Kondo效应，Andreev反射，转移矩阵方法等。\n 在第二章中，我们利用等价单粒子多通道网格方法和Landauer公式研究了一维量子线边耦合量子点系统的输运特性。在底温下电导对门压曲线展现出两个下降的峰，这标志着直接通过量子线的电子波和经量子点反射的电子波之间存在着有害的干涉。如果量子线边耦合多个量子点，那么这种累积散射效应将进一步压制电导。利用这种结构构造一个可能的可调开关器件也被讨论了。\n 在第三章中，我们研究了正常金属-量子点-超导系统的输运特性，并考虑了量子点上的库仑相互作用和超导一边对势的因素。输运特性依赖于库仑阻塞效应和Andreev反射的竞争。在有限温度下，电导对门压展现出一系列的峰，它们取决于电荷能和量子点的能级间隔。不同种类共振峰的详细分析也被给出。\n 在第四章中，正常金属-超导颗粒-超导系统的输运特性被研究。这里超导颗粒具有多个能级、库仑相互作用和对势。电流对门压的变化关系显示出2e周期的振子行为，反映了以库柏对为单位的电荷输运。当超导对的参数△接近于库仑能e2/2C时，由于共振Andreev反射要通过超导颗粒，系统的电导能够被提高。Andreev反射的振幅对偏压的关系展现出复杂的结构，也反映了超导颗粒的多能级、自旋和相互作用能。\n 在第五章中，在理论上研究了正常金属-量子点-超导簿膜-正常金属系统的相干介观输运和Andreev反射，这里量子点连接到d-波或者s-波超导簿膜是被考虑了。等价单粒子多通道网格方法允许超导对的相互作用是局域的或非局域的分别相应于s-波和d-波超导。Andreev反射的几率TA依赖于量子点和超导簿膜的参数也被详细地研究。由于存在有限尺寸的超导簿膜，系统的相干特性被呈现。特别地，系统包含随着{100}方向面的d-波超导簿膜时，Andreev反射被强烈地压制。由于量子点的存在，对于系统内含{110}方向d-波超导簿膜时，Andreev反射的零能峰消失。然而，不论簿膜是s-波超导簿膜还是d-波超导簿膜，电流对门压的变化关系显示出类似的共振行为。共振峰清楚的联系到量子点是奇占据还是偶占据。\n 在第六章中，利用等价单粒子多通道网格方法计算了铁磁金属-量子点-超导系统的输运特性。在量子点内我们考虑了相互作用，在超导一边我们考虑了对势。由于A耐陀ev反射受到铁磁中交换场的调制，输运特性在量上是不同于非磁情况的。在有限温度下，电导对门压展现出一系列的峰，它们取决于量子点的电荷能、能级间隔和铁磁中的交换场。随着交换场的增加这系统的零偏压电导既能被提高也能被压制，依赖于费米速度匹配条件，这也联系到结构中的电子占据数。\n 在第七章中，利用隧穿电子耦合到两能级系统的模型，我们解释了电子通过人工合成DNA分子呈现的大带隙半导体行为。两能级系统的两个能级代表两个底激发声子态，这样分子的振动和非弹性散射能简单有效地被描述。通过等价单粒子多通道网格方法，我们得到了非线性电流对偏压的变化关系。在底温下，这带隙敏感到两能级系统和导电电子的耦合强度。结果显示大带隙行为类似于半导体行为起源于非弹性散射。

关键词： 应变量子阱   激光二极管   AlGaInP   晶片键合   镜面衬底   发光二极管   半导体激光器  

摘要： 该论文的主要研究内容为拓展InGaAs/GaAs量子阱的波谱范围和提高AlGaInP/GaAs LED器件的发光效率.第一,讨论了1064nm半导体激光器替代Nd:YAG固体激光器的可能性;用MOCVD技术生长了InGaAs/GaAs量子阱和激光器,详细叙述了量子阱的生长和激光器的器件制备过程,探索了量子阱的最佳生长条件,研究了生长中断结合应变缓冲层改善量子阱质量的机制.第二,理论设计了620nm AlGaInP高亮度发光二极管外延片结构,给出了外延片的MOCVD生长条件和普通结构LED的器件制备过程;设计了黏着型镜面衬底AlGaInP发光二极管的结构,详细叙述了该器件的制备过程,讨论了n型电流扩展层对器件亮度的影响,研究了器件结构对亮度、稳定性等性能的影响.

关键词： Luttinger液体   碳纳米管   量子点   光子协助隧穿  

摘要： 该文采用非平衡Green函数方法研究了弱连接于Luttinger液体导线的量子点(LL-QD-LL)的非平衡输运.在不存在外场的情况下,我们对包含多个能级的无相互作用量子点系统导出了一般性的电流公式.在对称和量子点内只存在一个能级的情况下,我们得到了近似的电流解析公式.该公式在偏压趋于零时回到已为实验验证的线性电导公式.我们的理论与以前的理论相比,数学上更加严格,并且推广到了非平衡的情况.在存在外场的情况下,我们研究了LL-QD-LL系统的光子协助隧穿,得到了有限偏压下流经量子点的平均电流.我们详细地研究了对称外场下的线性电导,发现在Luttinger液体导线情况下,光子协助隧穿的旁带现象和熄灭效应都被抑制.尤其是对于强相互作用导线,其线性电导几乎不受到外场变化的任何影响.

关键词： 无序理论方法   磁性小量子系统   电子自旋方向   杂质自旋方向  

摘要： 本文包括三个部分：前言；第一部分低维无序系统输运性质；第二部分磁性小量子系统的输运性质和磁矩变化的研究。\n 前言部分我们叙述维度、标度理论、安德森(Anderson)模型及局域态、扩展态的概念。介绍计算无序的理论方法、磁性小颗粒(Mn12)的研究背景及意义、以及计算磁性小量子系统的理论方法。\n 第一部分我们研究准一维的双链模型和任意边耦合杂质的一维链。通过使用转移矩阵技术，我们首先计算了准一维双链系统在磁场中的输运性质。两条链之间的任意位置有耦合可以模拟准一维高聚物的拓扑无序。在这个问题中有两个散射机制：任意位置的链间耦合和两条链耦合形成的圈通过任意大小的磁通。我们发现如果链间耦合都是双键，在没用磁场的情况下，因量子干涉效应导致扩展态的存在。在单键耦合的情况下，不存在扩展态。但在加入强磁场的情况下两者之间的差别消失。我们从单键和双键耦合这两种情况算得的数值结果得到了两者的透射系数公式。接着，我们研究了任意边耦合杂质准一维链的传输特性。这个系统是由随机的杂质与一条链边耦合，不仅有最近邻耦合而且有次近邻耦合。我们得到了系统处于扩展态时电子能量的解析表达式，它的数值为负的最近邻耦合常数与次近邻耦合常数的比值。这个模型又为准一为系统存在扩展态提供一个例证。\n 第二部分我们研究了磁性分子的局域自旋在注入电子后它们的自旋随时间的演化。通过解含时的薛定谔方程，我们发现：电子的自旋反转和分子的磁性变化与否依赖于它们的相互交换作用。同时我们计算了注入电子的自旋和分子的磁性之间的纠缠度随时间的变化。发现纠缠度随时间的振荡依赖于分子磁性的变化。这个研究对用分子的磁性极化和注入电子的相互作用来编码和译码的可行性提供一个判断。最后我们研究边耦合的双近藤杂质在电子通过一维链时的自旋反转。用等效的单粒子网络方法计算了该系统电子的透射系数和电子通过时对杂质的自旋极化率的影响。我们发现透射系数和杂质自旋极化率的变化都依赖于杂质的初始态。如果入射电子是完全极化并且数量足够大，杂质自旋的方向会转变为与电子的自旋方向一致。杂质自旋反转的演化过程在文中有详细描述。\n 最后，讲一下本人对一维或准一维系统出现扩展态的看法。

关键词： 金属有机气相化学沉积   有源层无铝   半导体激光器   谐振腔发光二极管   外延生长   MOCVD  

摘要： 该论文利用EMCORE公司的D180型MOCVD设备进行了InGaAsP、InGaAIP材料体系的外延生长.精确控制源的参数,采用EPISON原位控制In源浓度,采用原位监测装置控制生长,采用温度和流量控制掺杂浓度.生长在630℃~700℃左右进行.反应室生长腔的压力为69torr.V/Ⅲ比为50-200,各层材料生长速率为4-10A/s.材料生长的同时进行了掺杂.掺杂浓度可通过电化学C-V方式测量.最外层接触层为重掺杂Zn的p+-GaAs层,其掺杂浓度在10<\'18>~10<\'20>之间,也可以掺到10<\'20>以上以保证在作器件表面镀金的时候可以达到完全的金属接触.在前人工作基础上,该论文进行了InGaAsP/InGaAIP/GaAs体系的有源层无铝大功率半导体激光器器件结构设计、材料生长、材料的光学性能测试、单晶性能测试、外延片的后工艺处理、解理后管芯的电光性能测试、镀膜封装后激光器件的性能测试、寿命试验等一系列的工作.生长了单一组分有源层InGaAsP材料以确定其生长参数和材料性质;生长了突变光波导的分别限制异质结(SCH)半导体激光器结构和多层准渐变光波导的分别限制异质结(Quasi-GRIN-SCH)结构的半导体激光器结构.

关键词： 量子点   铁磁耦合   自旋相关输运   量子计算   自旋电子学   自旋阀效应  

摘要： 据国家自然科学基金委员会2003年1月16报道,中国科学院物理研究所国际量子结构中心张平、王玉鹏、薛其坤、谢心澄等人,探讨了量子点中的电子关联相互作用和自旋翻转散射对自旋隧穿输运的影响,在量子计算和自旋电子学领域取得最新的重要成果。他们的论文发表在 Physical Review Let-ters,2002,89:286803上。自从量子纠错编码被发现以后。

关键词： 直接傅里叶变换   概率输运   二阶粒子态   量子输运   量子态   量子论   局部测量  

摘要： A scheme for probabilistically teleporting an unknown one-particle state of S-level by a group of pairs of partially entangled 2-level particle state is proposed. In this scheme unitary transformation and local measurement take the place of Bell state measurement, then proper unitary transformation and the measurement on an auxiliary qubit with the aid of classical communication are performed. In this way the unknown one-particle state of S-level can be transferred onto a group of remote 2-level particles with certain probability. Furthermore, the receiver can recover the initial signal state on an S-level particle at his hand.

关键词： 双阱结构   含时量子输运   微扰论   输运方程   幺正变换   薛定谔方程   不变量   几何相因子   量子力学  

摘要： 利用Lewis Riesenfeld不变量理论和与不变量有关的幺正变换方法研究了双阱结构含时量子输运的微扰论 .获得了双阱内含时薛定谔方程的精确解的完备集 ,在此基础上 ,把双阱与左右热库的相互作用作为微挠 ,获得了双阱结构一阶近似下的输运方程 ,并在绝热近似下提供了一种用于研究量子输运过程中几何相因子 (Berry相因子 )

关键词： 量子信息   单向性   量子遥控   量子输运   控制状态   远距离传输  

摘要： We investigate the problem of teleportation of unitary operations by unidirectional control-state telepor-ration and propose a scheme called unidirectional quantum remote control. The scheme is based on the isomorphism between operation and state. It allows us to store a unitary operation in a control state, thereby teleportatSon of the unitary operation can be implemented by unidirectional teleportation of the control-state. We find that the probability of success for implementing an arbitrary unitary operation on arbitrary A^-qubit state by unidirectional control-state teleportation is 4^-M, and 2M ebits and 4M cbits are consumed in each teleportation.