纳米微腔半导体量子点的量子动力学

论文摘要

量子信息和量子计算近年来正受到越来越多的关注,而微腔量子点由于公认有希望作为未来量子信息计算单元尤其吸引了大量科学工作者的关注,产生了许多有价值的研究。但是,量子点中广泛存在退相干效应——量子态相干性的破坏,从而引发量子计算的错误和量子信息的丢失,使得量子计算器材的应用受限。而大量研究表明声子很大程度上导致了这种效应,从而理解声子如何对退相干率发生作用就显得十分宝贵。在这种量子点——微腔结构中,量子点中的激子产生了不同于通常原子的二能级系统,而这种二能级系统就是本文研究的焦点。在这一领域,已有很多人作过大量的工作,并得出了很多重要的结论。然而从前的工作没有考虑激子与微腔模差别——失谐所带来的效应。本文以幺正变换和微扰论为基础,加上对于算符作一位移对这种二能及量子点中激子的动力学进行了研究。由于存在激子与腔模的差别(失谐)前文所述的对于算符作一位移使得本来丧失的对称性得以恢复,从而计算可以顺利进行。我们得到了二能级量子点系统中的退相干率与失谐(激子频率与腔模之差)的明确解析关系。结合上面的解析式我们计算了量子点系统中的激子寿命,我们发现这种失谐对于激子寿命有着很大的影响——失谐越大,寿命越长。同时通过与最近进行的实验进行比照[Hennessy, et al., Nature 445, 896 (2007)],结果吻合得很好。另外,在有外附加光场的情况下,我们研究了系统中相干激发的激子的动力学性质。在这种情况中我们预测了在存在失谐情形中,拉比震荡依旧出现。并且失谐将很大程度上影响这种拉比震荡的模式。最后,我们讨论了激子声子相互作用α对于这种二能级系统相变的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 背景综述
• 1.2 微腔量子点综述
• 第二章 量子点中激子退相干计算
• 2.1 微腔量子点模型
• 2.2 量子点模型的求解
• 2.3 退相干率的计算与讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 相干驱动量子点的讨论
• 3.1 介绍
• 3.2 光学量子态简述
• 3.3 模型分析与推导
• 3.4 数值计算与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 微腔量子点中相变
• 4.1 量子点相变概述
• 4.2 微腔量子点中的相变模型及计算
• 4.3 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文