关键词： 介观系统   输运   非平衡格林函数   正则变换  

摘要： 采用非平衡格林函数的方法来对耦合在两电极间的量子点在外场作用下的输运性质进行研究.在考虑量子点内局域振动的情况下,适当的应用正则变换和绝热近似得到了谱函数和电流的表达式.结合数值方法分析得出电声子作用在外场下使谱函数和电流呈周期性变化而且变化频率为场变化频率的两倍.

关键词： 量子点   电子输运   微分电导   隧穿几率  

摘要： 随着材料科学技术和超微细加工技术的发展,制备的半导体微结构已经可以达到介观尺度,人们已成功制备了量子点和量子点阵列。由于能带人工可剪裁性、量子尺寸效应和量子相干属性,低维介观体系产生了许多新现象和新效应,受到人们的广泛关注。尤其是耦合量子点体系,无论组成其量子点的空间对称性,量子点的尺寸还是相互之间的耦合强度都是人为可以调控的,进而可以实现人们操纵固体的梦想。作为展现低维介观体系量子效应的典型代表,耦合量子点和介观Aharonov-Bohm(AB)环结构已成为近年来的研究热点。本论文以格林函数作为理论工具,对三终端耦合量子点阵列和由三个量子点构成的环状结构的谱性质和量子输运性质进行了较系统的研究。具体内容包括: 研究了三终端T形耦合量子点体系的电输运性质。把三终端的体系转变成两个等效的二终端体系的叠加,从而可以分别计算电子从一个电极到其它两电极的隧穿几率。数值计算表明:通过体系的隧穿几率为振荡结构;通过计算各量子点上的局域态密度(LDOS)发现,耦合的量子点体系在不同量子点处的LDOS的不同,会导致不同电极间隧穿特性的不同;同时量子点间的耦合强度、量子点能级匹配情况以及电极与体系的耦合强度等都对输运性质有显著的影响。尤其是当某个电极与体系的耦合强度由零增大到某个值时,其它两个电极间在量子点能级处的隧穿会由反共振隧穿转变为共振隧穿,这一点可为我们设计纳米开关提供理论依据。 对于与三个电极耦合的三个量子点环状结构,我们研究了量子相干输运的相位特性。数值结果显示:微分电导的振荡随量子点间的耦合强度减小而变弱。同时比较了二终端和三终端体系在不同偏压和磁通量时的电输运性质。

关键词： 量子点   非平衡格林函数   电子隧穿几率   电子输运  

摘要： 随着人们对量子点性质研究的深入,人们逐渐注意到耦合量子点体系。由于未来电子器件的小型化使人们将注意力直接转移到离散结构的研究上来,例如:最近越来越多的人们开始注意到对耦合量子点线电输运性质的研究。基于这点本文主要利用非平衡态格林函数方法,对几种新型的耦合量子点线结构的电输运性质进行系统的理论研究,得到这些体系的特性,为实际设计介观电子器件提供理论依据。 我们首先研究了由几个量子点耦合成为一维量子点线,两个量子点线之间存在耦合的多量子点体系,体系与四个电极相连而形成的四终端耦合量子点系统的电输运性质。考虑数值计算的简单化,我们选择最基本的模型:假设每个量子点线分别由3个量子点构成。利用非平衡格林函数的运动方程和Dyson方程我们推导出了通过这种体系的电流表达式。在数值计算中,我们研究了在两个量子点线之间耦合强度和每个量子点能级取不同值时隧穿几率随电子能级的变化关系。我们也给出了微分电导率在不同温度下随输入端费米能级的变化关系。 另外我们对由任意个量子点构成的量子点线存在两个分支的体系的电输运性质进行了研究。对于这种系统,我们选择了一个简单的模型进行了系统的分析研究,我们从中发现等效支路的存在对于我们所研究的体系的输运起到了一定的影响。我们对其中具有不同等效支路的体系进行了对比,最后我们得到:如果体系中具有等效支路,那么电子通过体系透射峰的个数将会少于体系中量子点的个数,这完全取决于体系中等效支路里的等价量子点的个数。

关键词： 无调制激光器稳频   激光冷却与俘获   双磁光阱   冷原子输运   腔量子电动力学(Cavity QED)  

摘要： 腔量子电动力学（Cavity QED）是一个独立、开放的体系，为量子光学、量子信息处理等领域提供了强有力的研究平台，而原子与腔模处于强耦合区域是实现原子一光子控制的基本条件。 激光冷却与俘获技术的发展，一方面提供了理想的冷原子源；另一方面超高真空腔体为腔QED的研究提供了更纯的研究环境。随着确定数量的原子，乃至单个原子在腔内的俘获，使单原子、单光子相互作用的研究成为可能，腔QED的实验研究随之进入了新时期。原子与光学微腔组成的介观体系促进了量子信息科学领域的发展，由于其在量子信息方面的潜质，以及可能成为未来量子信息网络的单元，受到更多物理学家的关注。 本文系统回顾了腔QED的历史发展；扼要介绍了激光冷却与俘获中性原子的发展脉络，并从基本物理思想的角度对激光冷却与俘获机制作了概述；在此基础上详细阐述了我们铯原子双磁光阱实验系统的设计、建立，对所涉及到的一些重要问题，如冷原子样品与磁光阱各参数之间的关系，以及冷原子吸收谱特性作了相关研究；尤其是对铯原子双磁光阱输运过程的物理图景作了阐述，向腔QED实验迈出了关键一步；最后，介绍了我们腔QED实验情况。完成的主要工作为： （1）、采用磁致二色性无调制稳频方法，实现了激光冷却与俘获系统中再泵浦激光器的频率锁定，将该激光器锁定到铯原子D2线

关键词： 发射波长   GaN   量子点   外延膜   化合物半导体材料   光学特性  

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TiO2太阳能电池的设想。 TiO2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TiO2电极,但是在TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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TiO2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： 量子主方程   量子点   自旋极化电流   退相干   持续流   Aharonov-Bohm环   非平衡格林函数方法   Andreev反射  

摘要： 本文分析了三个和量子点有关的输运模型。通过局域在量子点中的磁场,使得电子在量子点中发生自旋极化,我们应用量子主方程的方法计算了该体系的自旋极化电流,结论是在大偏压,零温时总的电荷流是不随外场变化的,但自旋流随外场振荡。第二个模型是量子点和介观环耦合系统,在平衡时介观环中有持续流,当有仪器(我们这里选用量子点接触)测量量子点中能级的电子占据情况时,一定时间后介观环中的持续流就会衰减为零,预示了由于仪器的测量导致体系的相干性全部遭到破坏。我们从实验的角度给出了验证体系相干性的办法,即探测介观环中的持续流。最后一个模型是由两个平行耦合的量子点和正常金属电极以及超导电极所构成的多个Aharonov-Bohm环。我们应用非平衡格林函数方法具体计算了体系的透射电流和Andreev反射电流,主要分析了Andreev反射电流共振峰的位置,高度和宽度受两个量子点之间的耦合强度的影响,考察体系中既有电子又有空穴的干涉效应,得到的结论是在两个量子点之间没有耦合时Andreev反射流几率随总磁通的振荡周期是2π;两个量子点之间有耦合时Andreev反射流几率随总磁通的振荡周期是2π(n+1),其中n是两个Aharonov-Bohm环中的磁通比值。

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： 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。