量子阱、量子线及量子点

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分,由于能带工程而实现的半导体超晶格、量子阱、量子线和量子点这类低维结构具有的独特物理性质,使得纳米薄膜、纳米微粒、纳米团簇、纳米量子点等所显示出的新颖的电、磁、光以及力学性质,令它们与电子学、光电子学以及通信技术、计算机技术的发展密切相关。纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。     

半导体大原子团：基础物理和量子器件应用

本书主要目标是讨论具有纳米尺度的半导体大原子团的基础物理和在发展新一代的量子器件中将它们当作构造模块的应用前景。书中评述了为发展量子信息处理和通信用的单电子/激子器件，当前正在进行的半导体量子点的制备和特性的研究现状。     

半导体量子点及其应用概述

半导体量子点是由少量原子组成的准零维的纳米量子结构,表现出较其它维度的结构的半导体材料更优越的性能,被广泛应用于量子计算、量子生物医学、量子光伏器件、量子发光器件和量子探测器中,是现在前沿科学研究的热门课题之一。     

半导体量子点光谱特性标准样品及高分辨透射电子显微镜粒径定值研究

半导体量子点纳米晶体是一类典型的纳米材料,具有独特的光学特性,已在生物医学、光电转换等领域得到应用.量子点纳米晶体的标准样品对其质量控制和产业应用都有重要的意义,但需要对其光学特性和尺寸特性进行准确测量研究.我们研制了以硒化镉量子点为代表的半导体量子点纳米晶体标准样品,并对其光学特性进行定值.针对目前制约量子点粒子尺寸准确测量的透射电子显微镜样品基底问题进行改进,用碳管-氧化石墨烯微栅代替常用的超薄碳膜微栅.通过高分辨透射电子显微镜表征得到晶格清晰的小尺寸半导体量子点纳米晶体的形貌像.这些结果有助于建立硒化镉量子点半导体纳米晶体的特征带边吸收峰值与粒子粒径的准确定量对应关系,从而推动量子点的应用.     

InxGa1-xN/GaN量子点中的激子态

近年来,三元半导体合金InGaN由于在光电器件(高亮度的蓝、绿光发光二激管、激光二极管)上的应用而备受人们的关注．由于InN和GaN之间比较大的晶格失配导致在InxGa1-xN／GaN量子阱的InxGa1-xN激活层中自发形成一些纳米量级的富In类量子点．这些富In量子点就像三维陷阱一样,     

半导体发光Ag_2S量子点合成及应用

近年来窄带隙溶胶半导体纳米晶引起人们极大关注,该类纳米晶在光学、电学、生物医疗、材料科学等其他领域有着非常重要的应用.大量研究证实了Ag_2S量子点具有许多优异性能,比如:近红外荧光发射、低毒性、荧光量子效率高、稳定性好、成本低和合成设备简单.与传统的量子点(含有重金属Cd,Hg,Pb元素)相比,近红外发光的Ag_2S量子点避免了重金属离子本身固有的毒性,并且因其具有低毒性被用在生物医疗中.在本文中详细讨论了半导体发光Ag_2S量子点的性质、晶体结构和合成方法,并对Ag_2S量子点的生物相容性评价方法以及在生命科学领域的应用进行了阐述.     

特种光纤及器件研究

特种光纤及器件在光纤通信、光纤传感、光纤激光等领域有非常广泛的应用.近年来,上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室将纳米技术与特种光纤及器件相结合,开展了特种纳米半导体掺杂光纤、抗辐射光纤、包层模谐振光纤以及量子点光纤放大器等方面的研究,并探索了它们在宽光谱光放大、特种光纤传感器等方面的应用.     

Ge纳米结构的制备技术与发光特性研究进展

Si基纳米发光材料与器件的研究是目前半导体光电子技术领域中的一个活跃前沿.除了Si纳米晶粒、Si量子点和Si/SiO2超晶格等Si纳米结构之外,属于同族元素的Ge纳米结构也因其所具有的优异特性,而呈现出良好的发光性能.评述了Ge纳米结构的制备方法与发光特性在近年内取得的研究进展.     

纳米双栅MOSFETs的量子格林函数模拟

采用一种量子动力学模型研究纳米MOSFET(场效应管)电流特性.该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解.使用该方法研究了纳米双栅MOSFET结构尺寸对电流特性的影响.模拟结果显示:越细长的沟道,器件的短沟效应越弱,器件的亚阈值斜率随栅氧化层增厚而加大.另外,通过分析器件不同区域的散射自能效应,得出减缓纳米双栅MOSFET电流性能下降的途径.所用模型具有概念清晰,求解稳定等特点.作为多体量子模型,本方法可应用于一维量子线及量子点阵列所构成的纳米器件,并有望在纳米MOSFET器件设计中得以应用.     

科学家找到压印量子点的新方法

量子点是一些肉眼无法看到的、极其微小的半导体纳米晶体,由锌、镉、硒和硫原子组合而成,晶体中的颗粒直径不足10nm。量子点有一个特性：当受到电或光刺激时就会发光,产生亮光和纯色,发出光线的颜色由量子点的组成材料、大小及形状所决定。量子点发光波长范围极窄,所发出的光不但颜色非常纯粹,     

侧向耦合对量子线传输性质的调制

利用递推格林函数方法,研究了‘T’型介观结构中的侧向耦合量子链对主量子线输运性质的调制,发现了能量对称中心位置对于判断调制模型的输运特性起关键性作用.结果表明,格林函数方法的计算较为简捷,并且,可以较方便地用来研究其他各种人造介观量子器件的输运性质.     

单电子晶体管(SET)及其应用

当电子器件的尺寸接近纳米尺度时，量子效应对器件工作的影响变得格外重要，就需要采用具有新机理的晶体管结构，单电子晶体管（SET）就是其中一个典型的结构，文中对比传统晶体管（MOSFET）的工作原理，分析了单电子晶体管SET的工作机理，简要概述了SET的一些应用。     

Coherent properties of a two-level system based on a quantum-dot photodiode

Present-day information technology is based mainly on incoherent processes in conventional semiconductor devices. To realize concepts for future quantum information technologies, which are based on coherent phenomena, a new type of 'hardware' is required. Semiconductor quantum dots are promising candidates for the basic device units for quantum information processing. One approach is to exploit optical excitations (excitons) in quantum dots. It has already been demonstrated that coherent manipulation between two excitonic energy levels--via so-called Rabi oscillations--can be achieved in single quantum dots by applying electromagnetic fields. Here we make use of this effect by placing an InGaAs quantum dot in a photodiode, which essentially connects it to an electric circuit. We demonstrate that coherent optical excitations in the quantum-dot two-level system can be converted into deterministic photocurrents. For optical excitation with so-called pi-pulses, which completely invert the two-level system, the current is given by I = fe, where f is the repetition frequency of the experiment and e is the elementary charge. We find that this device can function as an optically triggered single-electron turnstile.     

Quantum nature of a strongly coupled single quantum dot-cavity system

Cavity quantum electrodynamics (QED) studies the interaction between a quantum emitter and a single radiation-field mode. When an atom is strongly coupled to a cavity mode, it is possible to realize important quantum information processing tasks, such as controlled coherent coupling and entanglement of distinguishable quantum systems. Realizing these tasks in the solid state is clearly desirable, and coupling semiconductor self-assembled quantum dots to monolithic optical cavities is a promising route to this end. However, validating the efficacy of quantum dots in quantum information applications requires confirmation of the quantum nature of the quantum-dot-cavity system in the strong-coupling regime. Here we find such confirmation by observing quantum correlations in photoluminescence from a photonic crystal nanocavity interacting with one, and only one, quantum dot located precisely at the cavity electric field maximum. When off-resonance, photon emission from the cavity mode and quantum-dot excitons is anticorrelated at the level of single quanta, proving that the mode is driven solely by the quantum dot despite an energy mismatch between cavity and excitons. When tuned to resonance, the exciton and cavity enter the strong-coupling regime of cavity QED and the quantum-dot exciton lifetime reduces by a factor of 145. The generated photon stream becomes antibunched, proving that the strongly coupled exciton/photon system is in the quantum regime. Our observations unequivocally show that quantum information tasks are achievable in solid-state cavity QED.     

量子点中的边界效应

首先拓展了标准量子统计热力学方法,获得了带有边界修正的二维和三维费米气体的统计热力学量的低温高密展开式.利用所得到的普遍结果讨论了影响量子点系统边界效应的几个主要因素,并简要计算了实际低温量子点系统的边界效应.结论可作为量子点系统热力学性质研究的理论依据.     

溅射技术在制备SiC薄膜中的应用

近20年以来,薄膜科学得到迅速发展,不仅得益于薄膜材料可能具有力、热、光、电、磁、仿生或化学等各种特性,可以使器件小型化,而且也得益于各种薄膜制备手段的进步.其中,溅射技术已成为几种重要的制备薄膜的手段之一.广泛应用于制备超硬涂层、耐磨涂层、耐腐蚀涂层以及具有电学、光学、半导体等性质的薄膜,SiC薄膜就是其中很有发展前景的一种.本文将介绍溅射原理、薄膜制备技术,着重介绍溅射法在制备SiC薄膜中的应用和前景展望.     

纳米材料的基本效应及其应用

阐述了纳米材料所独有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子尺寸效应 ,这些效应使得它们在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料不具备的特性 综述了纳米材料在传感、催化、光学、生物、医学、磁性等方面的应用 ,并说明了它还将有更广阔的应用前景     

纳米材料的应用

纳米材料由于其特征的结构层次具有表面效应。小尺寸效应，量子尺寸效应。宏观量子隧道效应等特性，使拥有了一系列新颖的物理和化学特征，在众多研究领域中具有非常重要的应用价值。文中结合自己的工作对纳米材料的发展及应用进行了综述。     

Hidden symmetries in the energy levels of excitonic 'artificial atoms'

Quantum dots or 'artificial atoms' are of fundamental and technological interest--for example, quantum dots may form the basis of new generations of lasers. The emission in quantum-dot lasers originates from the recombination of excitonic complexes, so it is important to understand the dot's internal electronic structure (and of fundamental interest to compare this to real atomic structure). Here we investigate artificial electronic structure by injecting optically a controlled number of electrons and holes into an isolated single quantum dot. The charge carriers form complexes that are artificial analogues of hydrogen, helium, lithium, beryllium, boron and carbon excitonic atoms. We observe that electrons and holes occupy the confined electronic shells in characteristic numbers according to the Pauli exclusion principle. In each degenerate shell, collective condensation of the electrons and holes into coherent many-exciton ground states takes place; this phenomenon results from hidden symmetries (the analogue of Hund's rules for real atoms) in the energy function that describes the multi-particle system. Breaking of the hidden symmetries leads to unusual quantum interferences in emission involving excited states.     

衬底表面生长Pb膜的量子尺寸效应及驰豫结构研究

项目主要研究在半导体和金属衬底上生长Pb薄膜时的量子尺寸效应,即纳米量级的厚度对薄膜生长规律的影响,进而探讨量子尺寸效应对驰豫结构的影响.这是当前凝聚态物理中两个重要方向———量子尺寸效应和薄膜驰豫结构的交叉点.到目前为止,还没有发现有人开展这样的工作.因此,该项目的研究必将会对凝聚态物理的发展产生一定的影响.