磁场下量子环的电子态及远红外吸收谱的研究

论文摘要

半个世纪以来,随着低维半导体器件制备技术的发展,人们成功地制备了一种新型半导体低维结构──量子环。由于这种低维结构有其独特的物理性质和潜在的应用前景,因而引起了人们极大的研究兴趣。在研究量子环电子态的众多理论模型中,偏心抛物势模型和精细台阶势模型成为人们普遍接受的理论模型。然而,偏心抛物势模型很难给出量子环中合适的中心势垒高度,精细台阶势模型的调节参数又比较多,不便于相关理论的研究。为此,我们提出了新的势函数模型U（r）=C0{1+C1e-C3（r-R）[（r-R）2-C2]},该势函数模型不仅与InGaAs纳米环的形成过程相符合,而且也能克服上述理论模型的不足。本文采用该模型,利用准确对角化计算方法及洛伦兹线型函数代替δ函数,选取以二维各向同性线性谐振子波函数为基展开的波函数对外加垂直磁场下量子环中电子态和FIR谱进行相关的理论计算和分析。首先,我们计算并讨论了磁场对量子环量子能级的影响。计算结果表明:随着磁场强度B的增加,基态从m =0态逐渐变化到m =-1,m =-2,负m值越来越大的电子态;在磁场B = 7.5T时,基态从角动量m =0态转变到m =-1的电子态。其次,我们计算并分析了量子环的左旋和右旋FIR吸收谱。我们发现:在电子跃迁满足选择定则:Δm =±1,Δn =0和1的情况下,得出在低能区电子有四种可能的跃迁,随着磁场强度B的增加,电子的基态发生了量子态的交换,跃迁能态也相应地发生了改变,同时FIR吸收谱线也分成了低能级和高能级两组峰,低能级峰源于电子n =0能级满足Δn =0的跃迁,高能级峰源于n =0与n =1的能级满足Δn =1的跃迁,计算结果与实验结果符合的很好。由于我们提出的势模型比偏心抛物势模型势阱宽度窄,中心势垒高,势函数随r的变化非常接近实际情况,因此可以预测,我们的势模型更适合于研究高磁场、高能级及多电子体系的相关问题。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 低维半导体材料和器件
• 1.2 量子环的实验制备及其理论研究进展
• 1.2.1 量子环的实验制备
• 1.2.2 量子环的理论研究进展
• 1.3 本文主要研究工作
• 2 理论框架
• 2.1 势函数
• 2.2 垂直磁场下电子的电子态
• 2.3 垂直磁场下量子环的 FIR 吸收谱
• 2.4 本章小结
• 3 结果与讨论
• 3.1 量子环中电子的能级
• 3.2 量子环中电子的 FIR 谱
• 3.3 本章小结
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢