极性晶体中强耦合激子的有效质量

本文采用Huybrechts的线性组合算符和Tokuda的拉格朗日乘子法,导出了极性晶体中强耦合Wannier激子的有效哈密顿量,得到了有效质量和激子—声子耦合常数的关系。     

强耦合极性晶体中激子的基态能量

本文采用线性组合算符的方法讨论强耦合极性晶体中激子的内部运动,对Wannier激子导出了激子内部运动的有效哈密顿量。激子的自能表示为耦合参数α的降幂级数,其首项为一次项。激子内部有效作用势与耦合参数α等有关。     

Wannier激子的稳定性与声子色散的关系

作者曾计及纵光学声子的色散,导出了极性晶体中激子的有效哈密顿量,本文据此计算了激子的基态能量,从而得到结论:Wannier激子的稳定性条件与声子的色散有关,色散愈强,临界质量比的范围愈窄。     

电场对量子阱中激子的影响

利用变分方法计算了GaAs/Al_2Ga_(1-x)As量子阱中激子的束缚能,分析了电场、势阱宽度对激子束缚能的影响。采用明显不可分离的试探波函数,并考虑了电场对势阱中载流子几率分布的影响,计算了重空穴激子和轻空穴激子吸收峰位置随电场变化,结果与实验值符合得较好。     

三元混晶A_xB_(1-x)C中强束缚极化子激发态能量

本文用变分法导出了三元混晶A_xB_(1-x)C材料中的强束缚极化子2S态和2P态能量表达式以及对K_xRb_(1-x)C1材料作了数值计算,在组分x=0(?)和1时,得出的结果与相应的二元晶体——BC和AC的结果完全等价。     

球形GaAs-Ga1-xAlxAs量子点中激子束缚能的变分法计算

用无限深势阱和有限深势阱2种模型,计算了激子束缚能与球形量子点半径的关系.计算结果表明：对于无限深势阱模型,量子点中激子束缚能随着量子点的半径增加而减小;对于有限深势阱模型,当量子点半径较小时,束缚能随着量子点的半径增加而增加;当量子点半径增加到一定值时,它的束缚能达到最大值,继续增加量子点半径,束缚能反而减少.这些计算结果对深入理解半导体量子点中激子的物理本质具有一定学术意义.     

激子理论

本文综述了我们近年来在激子理论方面的部分工作。第二节中从Frohlich激子一声子系哈密顿出发,用Haga研究极化子时提出的微扰法导出了激子的基态能量、有效质量以及内部势能;对激子的自陷条件、Wannier激子的稳定性等问题进行了分析,对于大激子和小激子两种极限情形,导出了能量和波函数的解析式;对于激子半径与屏蔽长度相近的中间情形,计算了激子的结合能,与实验值作了比较,较之他人的结果有了很大的改进。第三节中计及离子晶体的原子结构,用紧束缚法导出了Frenkel激子的自陷能和有效质量,导出了有效质量与温度的关系,计算了小激子的自陷能并与第二节所得的结果作了比较。第四节中对压电晶体,考虑声学声子与电子、空穴的作用,异出了激子的有效哈密顿,对压电激子的自陷能、有效质量以及电子空穴有效作用势作了讨论。第五节中讨论极性晶体中的表面激子,计及表面光学声子与电子—空穴的作用,导出了极性晶体中理想表面激子的有效哈密顿,对表面激子的自陷条件、电子—空穴有效作用势作了分析,并和体激子作了比较。     

极性晶体中的表面激子

本文采用顾世洧研究体内激子的方法讨论表面激子。计及晶格振动表面模的影响,在单声子近似下,导出了极性晶体中理想表面激子的有效哈密顿量。从而讨论表面激子的性质,得出结论:表面激子自陷条件与体内相同,但对多数材料而言,表面激子自陷能大于相应的体内值。在大半径情形下,电子、空穴相互作用仍为库仑型的,只是介电常数约化为(∈_0 1)/2。激子的重正化质心质量和约化质量都比体内的大。     

三元混晶中激子的结合能

导出了三元混晶中电子－穴穴对有效相互作用势（哈肯势）,研究了混晶效应对激子结合能的影响,讨论了三元混晶中激子的性质,计及激子与声子的相互作用采用变分法利用哈肯势研究了三元混晶AxB1-xC中的激子问题,出了系统的有效哈密顿量,得出激子的结合能,激子－声子耦合常数随分x的变换关系,对几种三元混晶材料进行了数值计算,结果－声子相互作用对激子结合能起着重要作用,激子－声子耦合常数随组分x的变化存一极小值。     

Ⅱ型量子阱In_(1-x)Ga_xAs/GaSb_(1-y)As_y中激子的结合能

该文提出ρ和Z相耦合的试探波函数,采用变分法计算了Ⅱ型量子阱In_(1-x)Ga_xAs/GaSb_(1-y)As_y中激子的结合能。发现随合金组分(x,y)的增加结合能增加,随阱宽b的减小,结合能单调上升。当阱宽b在10 nm附近时,材料由半导体转变为半金属。此外,还与Ⅰ型量子阱GaAs/Ga_(1-x)Al_xAs中激子结合能作了比较。     

III族氮化物量子点中类氢施主杂质位置对束缚激子结合能的影响

在有效质量近似下,运用变分方法,考虑内建电场效应和量子点(QD)的三维约束效应的情况下,研究了类氢施主杂质在量子点中的位置对III族氮化物量子点中束缚激子结合能的影响。结果表明:当类氢施主杂质位于量子点中心时,对于InxGa1-xN/GaN量子点,量子点高度和In含量存在临界值,当参数大于临界值时,约束在QD中束缚激子的结合能升高,激子态的稳定性增强,提高了激子的离解温度,使人们能在较高的温度条件下观察到半导体量子点吸收谱中的激子峰。而类氢施主杂质总是使束缚在GaN/A lxGa1-xN量子点中激子的结合能升高,载流子被更强的约束在量子点中。说明对GaN/A lxGa1-xN量子点,杂质使人们能在更高温度下观察到量子点中的激子。类氢施主杂质位于量子点上界面时,束缚激子的结合能最大,系统最稳定;随着施主杂质下移,激子结合能减小,激子的离解温度下降。     

三元混晶中电子极化势与极化电荷

本文计及双支纵光学声子模的作用，采用微扰法导出了极性三元混晶Ａ＿ｘＢ＿（１－ｘ）Ｃ中极化子的二级近似波函数，进一步计算了电子的极化势和极化电荷密度．数值计算了混晶Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ和ＺｎＴｅ＿ｘＳｅ＿（１－ｘ）中极化势与极化电荷密度对组分ｘ的依赖关系，并对结果进行了讨论．     

介电常数的修正对半导体异质结中杂质态结合能的影响

采用连续电介质理论计入对材料介电常数的修正,利用变分法讨论半导体单异质结中界面附近的单电子束缚于施主杂质的基态结合能.对A lxG a1-xA s/G aA s和G axIn1-xN/InN等几种半导体异质结做了数值计算,给出杂质态结合能随杂质位置的变化关系.结果表明:当杂质处于垒材料中远离界面时,介电常数的修正对结合能无明显影响;当杂质靠近界面且组成异质结的两种材料的介电常数相差较大时,计入修正后的结合能低于已有的近似结果,最大降低可达5%~6%(x=0.3).     

三元混合晶体AxB1—xC中的极化子

本文讨论了弱耦合下三元混合晶体A_xB_(1-x)C中的极化子问题.在绝对零度下,用微扰法导出了极化子基态能量和有效质量表达式,对几种三元混合晶体进行了数值计算.在浓度x=0和x=1时,得出的结果与对应的二元晶体——BC,AC的结果完全等价.     

有限势垒量子阱中极化子结合能的压力效应

计入流体静压力效应,同时考虑量子阱中三类光学声子模(局域类体光学声子、半空间类体光学声子和界面光学声子模)对单电子基态能量的影响,采用变分法讨论GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中自由极化子的结合能.得到了压力下三类光学声子模对极化子结合能影响随阱宽的变化关系.结果表明:极化子结合能随外加压力增加.     

GaN/Al_xGa_(1-x)N量子点中类氢杂质位置对激子态的影响

利用有效质量方法和变分原理,考虑内建电场效应和量子点(QD)的三维约束效应,研究类氢杂质对GaN/AlxGa1-xN量子点中激子态的影响.结果表明:量子点中心的类氢杂质使激子的结合能升高,基态能降低,QD系统的稳定性增强,发光波长红移.杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,结合能最大,系统最稳定.随着杂质从量子点的上界面沿着Z轴移至下界面,激子基态能增大,结合能减小,带间发光蓝移.     

Al_xGa_（1－x）As虚晶近似LMTO能带的自洽计算

对于包含芯态的全电子势的ＬＭＴＯ－ＡＳＡ能带计算方法，建议用一种虚晶近似的合金能带计算方法（ＬＭＴＯ－ＡＳＡ－ＶＣＡ），文中着重研究该方法的能带自洽迭代计算方案，在Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ合金能带计算中获得合理的虚晶近似的能带结构。     

Cr原子数分数对β_0-Ti_(50)(Al_(50-x)Cr_x)稳定性和弹性性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了B2-Ti50(Al50-xCrx),x=6.25,9.375,12.5,18.75,25晶体的能量、电子结构和弹性常数,并通过合金形成热、结合能、Born稳定性判据、Cauchy压力参数(C12-C44)和B/C44比值,表征和评判了Cr原子数分数对B2型Ti Al-Cr合金相稳定性、强度与韧脆化倾向的影响.结果表明:当Cr原子数分数大于9.0%时,B2-Ti50(Al50-xCrx)相才能稳定存在,且稳定性随Cr原子数分数增加而升高;同时,随Cr原子数分数增加,合金的体积模最B,剪切模量G和弹性模量E也增大;当Cr原子数分数大于12.5%时,其韧化效果变好.通过电子态密度和价电子密度分布图的比较与分析,初步解释了Cr原子数分数对B2-Ti50(Al50-xCrx)相结构稳定性的影响及其强韧化作用.     

掺杂浓度对稀磁性半导体(Ga,Fe)As的晶格常数及磁性质的影响

运用第一性原理下的LMTO ASA方法计算了稀磁半导体Ga1-xFexAs(x=1,1/4,1/8)在不同磁状态下的总能量,由能量最低原理我们得到其相应的晶格常数及磁状态.