半导体量子阱和一维光晶格中的量子输运

论文摘要

本文利用散射矩阵和传输矩阵等方法研究了半导体异质结量子阱和一维光晶格体系中的量子输运特性,为设计和实现具有优良性能的量子过滤器件提供理论依据。主要研究内容有:首先,利用有效质量近似和Floquet理论,研究了空间均匀振荡场作用下,存在自旋轨道耦合的单个半导体异质结量子阱的电子输运特性。数值计算结果表明Dresselhaus自旋轨道耦合不仅可以消除自旋简并,而且可以导致不对称Fano共振电导峰的劈裂。我们可以利用此性质,通过调节振荡场的频率和振幅来控制Fano共振峰的位置及其线性形状,从而实现一个可调的自旋过滤器件。其次,在上述工作基础上,研究了应用在双量子阱上的两个空间均匀振荡场的相位差对其输运特性的影响。与单势阱情况不同,在双量子阱中,由于束缚能级发生劈裂和Dresselhaus自旋轨道耦合作用,电子透射谱分成两组,且每一组都包含两个不对称的共振峰。我们可以通过调节外加振荡场的相位差,有选择性的压制某一个共振峰,因而对于某一个能量范围,可以通过调节其相位差来实现一个可调的自旋过滤器件。另外,当相位差从0到π变化时,共振谷从不对称共振峰的一侧移到另一侧;并且存在一个临界相位差,此时,不对称的Fano共振峰简并成一个对称的Breit-Wigner共振峰。再次,由于在实验装置上,偶极振荡场比空间均匀振荡场更容易实现,因而实验上通常采用偶极振荡场。鉴于上述原因,我们研究了这两种类型的外场对存在Dresselhaus自旋轨道耦合作用的单个半导体异质结量子阱中输运特性的影响。我们发现当外场振幅满足某一特定关系时,偶极振荡场和空间均匀振荡场对电子输运特性的调制是等价的,因而可以利用偶极振荡场及Fano共振峰的劈裂,实现更接近实验条件的可调自旋过滤器件。最后,对于附有缺陷势的一维光晶格系统,我们研究了原子通过该缺陷势中局域BEC的Fano共振输运特性。由于缺陷势和局域BEC的非线性参数可以由激光和磁场来调控,因而,可以通过它们来调节Fano共振峰的大小和阻塞点（投射率为零）的位置,从而实现对透射原子束的控制,为设计可调原子过滤器提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 参考文献
• 第一章 半导体量子阱的研究现状
• 1.1 前言
• 1.2 半导体量子阱介绍
• 1.2.1 半导体量子阱的定义
• 1.2.2 超晶格量子阱的分类
• 1.2.3 半导体量子阱的制备方法
• 1.2.4 量子阱和超晶格特性
• 1.2.5 量子阱超晶格材料的应用
• 1.3 半导体自旋电子学的研究进展
• 1.3.1 磁性半导体
• 1.3.2 磁性半导体的自旋注入和检测
• 1.3.3 非磁性半导体结构中的自旋
• 1.3.4 半导体电子自旋的控制和操纵
• 参考文献
• 第二章 方法及Fano效应的介绍
• 2.1 引言
• 2.2 散射矩阵或者S矩阵
• 2.3 转移矩阵
• 2.4 Landauer-B（u|¨）ttiker公式
• 2.5 Floquet定理
• 2.6 Fano效应
• 参考文献
• 第三章 光子辅助的单量子阱自旋共振输运特性
• 3.1 引言
• 3.2 模型和公式
• 3.3 数值结果和讨论
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 双量子阱中依赖于两外场相位差的自旋输运
• 4.1 引言
• 4.2 模型和公式
• 4.3 数值结果和讨论
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 不同振荡场下的单量子阱自旋共振输运
• 5.1 引言
• 5.2 模型和公式
• 5.3 数值结果和讨论
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 通过附有单缺陷局域BEC的一维光晶格中的原子散射效应
• 6.1 玻色-爱因斯坦凝聚的理论预言和实现
• 6.1.1 BEC的理论预言
• 6.1.2 BEC的实验实现
• 6.2 光晶格势的产生和介绍
• 6.2.1 光晶格势的产生
• 6.2.2 光晶格势的介绍
• 6.3 模型和公式
• 6.4 结果和讨论
• 6.5 小结
• 附录
• 参考文献
• 总结与展望
• 攻读博士学位期间完成的学术论文
• 致谢