关键词： 钴酸盐氧化物   柠檬酸盐溶胶-凝胶法   热电性能   量子化学计算  

摘要： 本文对热电效应、与热电参数有关的理论以及其研究进展作了较为详细综述。以具有一维Co-O链的Ca3Co2O6和二维Co-O链的失配层结构Ca3Co4O9钴酸盐氧化物作为研究对象，同时采用实验和理论计算相结合的手段展开研究。 以柠檬酸盐溶胶-凝胶法和常压烧结组合的方式，考虑了粉料合成过程中各种因素的影响，Ca3Co2O6是Ca3Co4O9在一定的煅烧温度下分解后的产物。Ca3Co2O6和Ca3Co4O9的电阻率和Seebeck系数随温度的变化趋势基本一致，都是p型半导体，功率因子都是随着温度的升高而增大，而Ca3Co4O9的功率因子在600℃以后递增幅度突然加大。采用Cu和Sr对两种氧化物的Co位和Ca位原子进行掺杂，发现通过掺杂在一定程度上可以降低材料的电阻率，但(Ca1-xSrx)3Co2O6的Seebeck系数变化较小，Ca3(Co1-xCux)2O6（x=0.1）的则在温度为100-500℃有明显改善。Ca3Co4O9基氧化物的电阻率和Seebeck系数都随着温度的升高而升高，但是电阻率比未掺杂前还是降低的，其Seebeck系数则变化不大。 Ca3Co2O6体系选用基于密度泛函和赝势理论的量子化学软件包CASTEP进行计算。从能带结构图中可以看出材料为p型窄带半导体，总态密度的价带和导带主要是由Co原子和O原子作贡献，说明Ca3Co2O6的导电能力主要是沿着c轴方向的Co-O链引起的，另外对价带顶和导带底在主轴方向有效质量的计算也证实了这一观点；在Ca1.5Sr1.5Co2O6的掺杂体系中Ca和Sr几乎没有贡献，而Co1-Co2之间的相互作用则减弱；用Cu取代处于八面体位置的Co1，该模型的组成为Ca3Co1.5Cu0.5O6，能带结构图中出现受主杂质能级，带隙变窄，在态密度图中可以看出，Cu替换Co1后，对费米能级附近的导带贡献较大，而Cu与Co2之间的反键作用加强。 Ca3Co4O9体系的计算是采用离散变分法对其电子结构、化学键和电荷分布等进行计算。Ca3Co4O9氧化物属于p型窄带半导体，Co原子和O原子对费米能级附近的价带和导带作贡献较大，Ca3Co4O9的键性具有很强的各向异性，在垂直于c轴方向上有利于降低材料的电阻率。Ca11SrCo14O42模型中原子的离子键性减弱，Co和O原子对价带和导带的贡献有所变化。Cu原子分别替换了Ca2CoO3层和CoO2层中Co位原子，对于前者，由于Cu原子的引入，层中原子的键性和

关键词： 多量子阱   InGaAsP   激子   应变   电子自旋弛豫  

摘要： 近年来,尤其是人们在室温下通过激子吸收漂白直接观察到了多量子阱中皮秒量级的自旋弛豫现象之后,电子自旋弛豫特性及由此特性制作的全光开关就成了近年来研究的热点。目前大多数关于全光超高速开关的研究都集中在GaAs多量子阱上,相关理论已经相当成熟。但是,GaAs量子阱的共振激发吸收峰(即开关的工作波长)在850nm左右,不适合现代通信系统的1550nm传输窗口,而实验发现InGaAsP多量子阱的电子自旋弛豫具有更快的速度,并且在1550nm波长处适合制作全光开关,因此InGaAsP多量子阱材料在全光功能开关领域有着更为可观的应用前景。本文的主要内容如下: (1)介绍基于电子自旋的全光功能开关的基本理论及其研究现状,比较GaAs和InGaAsP量子阱中的电子自旋弛豫时间和工作波长。 (2)介绍了弱束缚激子模型和二维激子模型中激子的基本性质,及量子阱中激子的吸收和吸收饱和。 (3)采用有限深势阱模型,分别对晶格匹配和应变补偿两种情况计算了满足激子吸收光子能量平衡时的组分和阱宽关系。 (4)根据基于电子自旋的全光开关的特性,计算了阱宽对电子自旋弛豫时间和激子吸收系数的影响,得到阱宽这个参数是制作光开关时的重要参量的结论。 (5)根据计算结论制作出了InGaAsP多量子阱的外延片,并通过X射线衍射法及光荧光谱进行检测,通过对检测数据的分析认为所制作的外延片基本与理论要求吻合。

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： 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kR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： 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.

关键词： 光量子   量子光学   非经典性质   输运   光子   应用  

摘要： 本书介绍了光子的物理理解，以及光子的性质和应用，指出了光的非经典性质等特点及其一些特殊的应用。

关键词： InAs/GaAs   量子点   激光器  

摘要： 介绍了近年来长波长InAsG/aAs量子点材料的生长、结构性质和量子点激光器的研究进展。

关键词： Rashba效应   准一维系统   自旋输运   自旋极化   半导体   量子线  

摘要： 从1990年Datta和Das提出利用自旋轨道耦合效应制造自旋的场效应管开始，自旋电子学开始注重半导体中的自旋-轨道耦合的研究。\n 本篇论文是考虑在准一维的体系中有自旋-轨道耦合存在的情况下的输运性质。先是回顾这么多年来自旋电子学中自旋-轨道耦合的研究情况，然后介绍我们所做的工作，以及工作中存在的问题，包括电荷、磁以及自旋的输运性质。\n 第一章描述二维电子气体的性质，这个是很基础的而且很成熟的部分。因为低维的半导体器件都是对二维电子气体做一些限制或者外加电磁场来进行测量，所以有必要做一些准备\n 第二章这一章开始讨论自旋-轨道耦合，由于我们所研究的系统有这个效应，所以要把这一效应描述清楚\n 第三章从这里开始描述自旋的输运性质。这个是现在很流行的一个话题，也有我们做的一些工作。\n 第四章这一章有参数的定义部分的源代码，用来说明所采用的数值方法

关键词： 集成光学   全光开关   光致折射率   量子阱材料  

摘要： 初步分析了基于GaAs/AlGaAs量子阱材料的光致折射率变化规律,利用自洽方法计算了光生载流子浓度对传输光的折射率改变量。当805nm的控制光注入强度为6×103W/cm2(8×103W/cm2)时,在垂直材料表面内1μm深度处,对1.55μm(1.31μm)的传输光可以达到-1-0 2的折射率变化量级。与GaAs体材料相比,量子阱材料所需控制光强度能够减少约20%,有助于降低全光开关与全光调制器的功耗。