晶格振动对激子运动的影响

在本文中用Haga研究极化子时提出的微扰法讨论晶格振动对激子运动的影响。把作者过去的工作推广到电子和空穴质量不相等的普遍情形,在忽略反冲效应中不同波矢的声子之间的相互作用时,导出了激子的基态能量、有效质量、约化质量和内部势能。指出:激子的有效质量和电子、空穴与声子的相互作用有关;激子的约化质量不仅和电子、空穴与声子的相互作用有关,而且还和电子、空穴质量比有关;激子形成自陷态的条件并非由电子、空穴与声子相互作用的大小,而是由电子、空穴质量比决定,形成激子自陷的条件是电子、空穴质量比0.261<μ_e/μ_k<3.83。在μ_e/μ_k<0.261或μ_e/μ_k<3.83的情形,激子在极化晶体中并不形成自陷态。     

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。     

极性晶体中界面强耦合激子的性质

采用线性组合算符和变分法研究了极性晶体中激子与IO声子强耦合、与LO声子弱耦合体系的基态能量,推导出了激子的自陷能和诱生势的表达式,并以AgCl/AgBr晶体为例进行了数值计算。结果表明,轻空穴激子的自陷能不仅与激子的坐标z有关,而且电子—空穴间距离ρ对激子自陷能的影响也十分显著;轻空穴激子和重空穴激子的诱生势不仅与电子—空穴间距离ρ有关,而且激子距离晶体界面的位置z对诱生势的影响也十分显著。     

表面激子在磁场中的性质

本文采用微扰的方法讨论了极性晶体表面的激子在磁场中的性质。在忽略激子于反冲效应中发射的不同波矢的虚声子之间的相互作用的近似下,导出了表面激子的自陷能、电子-空穴间的有效作用势、重整化质量以及激子-声子-磁场三者之间的耦合能。我们发现表面激子的自陷能与晶体的电子-空穴质量比有关,但是对于任意的电子-空穴质量比,表面激子都是自陷的。我们还发现:由于表面声子对表面激子运动的影响,使得表面激子在磁场中的抗磁性能移有所减弱。并就磁场不存在时,和其它理论进行了比较,结果表明:我们的工作改进了其它理论。     

二维晶体中的声激子

本文采用Huybrechts研究极化子提出的线性组合算符方法,讨论了晶体中表面激子和表面声学声子的相互作用,导出了强、弱耦合下表面激子的有效哈密顿量。发现自陷能与电子和空穴的质量比和瑞利波速有关。     

二维晶体中的声激子

本文采用Huybrechts研究极化子提出的线性组合算符方法,讨论了晶体中表面激子和表面声学声子的相互作用,导出了强、弱耦合下表面激子的有效哈密顿量。发现自陷能与电子和空穴的质量比和瑞利波速有关。     

非极性晶体中的声学形变势激子

本文采用顾世洧研究激子所采用的方法,研究了非极性晶体中纵声学振动通过形变势对激子性质的影响。在忽略反冲效应中虚声子间的相互作用的近似下,导出了激子的基态能量,有效质量,约化质量和内部势能。发现激子的自能与晶体中电子和空穴的质量比以及导带底和价带顶的形变势常数有关,并且就几种特殊情况作了讨论。     

极性半导体窄量子阱中的激子结合能

计及电子－声子相互作用计算了极性－极性半导体量子阱中激子的结合能．考虑空穴带质量的各向异性,利用变分法计算了在量子阱中与电子和空穴相耦合的两支体纵光学声子模和四支界面光学声子模对激子结合能的贡献．给出并讨论了一些系统的数值结果．结果表明体声子和界面声子对激子的结合能起着重要的作用,结合能的声子效应对电子和空穴的质量比是敏感的．讨论了计算的适用范围     

激子与声子色散

通常研究激子时,将光学声子的频率视为常数,本文计及光学声子的能量随波矢的变化,导出了激子的有效哈密顿。发现激子的有效质量、自陷能以及电子—空穴有效作用势都与声子的色散有关、随着色散的增强,激子的有效质量增大,自陷的临界质量比范围变小,电子—空穴有效作用势的屏蔽半径变短。     

二维非极性晶体中声学激子的性质

本文研究了二维非极性晶体中通过形变势与声学声子强、弱耦合激子的性质,采用线性组合算符和简单的么正变换,得到了强、弱耦合情形的非极性晶体中表面激子的有效哈密顿量、激子的自陷能和电子—空穴通过形变势与声子作用诱生的作用势表示为电子(空穴)一声子耦合参量α_1(α_2)的降幂级数,其首项为α_1(α_2)的一次方。     

从电子-声子作用对卤化铊中激子结合能的影响看有效质量公式

一些作者对卤化铊中激子结合能所作的计算和实验值相差一个数量级,我们用过去得到的电子-空穴有效作用势计算了卤化铊中激子的结合能比其他作者所得的结果有了很大的改进。并且进一步发现,关于极化子有效质量与带质量的公式,LLP的比Haga的好。     

极性晶体表面激子在外磁场中的性质

我们采用顾世洧研究体内激子的方法,讨论了极性晶体表面激子在法向恒定弱磁场中的性质。计及晶格振动表面模的影响,对慢激子导出了表面激子的自能、有效作用势,以及重整化质量。我们发现激子的自能不仅与电子、空穴质量比有关,而且与磁场强度有关,磁场的作用使激子的自能变大。     

论极性晶体中Wannier激子的稳定性

早期,人们以为束缚激子相对于离解为一个自由激子和一个中性杂质为稳定的,通常称这为Haynes规则,但是Lose■等的计算表明,只有电子空穴质量比在一定范围时束缚激子才是稳定的。对于自由激子,人们一直简单地把它比作类氢原子,因此认定它相对于离解为自由的电子和空穴是稳定的。其实不然,由于纵光学声子与电子的作用,使Wannier激子只有电子空穴比在一定范围时才是稳定的     

非对称耦合双量子阱中的激子态及结合能

本文在有效质量近似下,利用变分法计算了Al_xGa_(1-x)As/Ga As/Al_xGa_(1-x)As/Ga As/Al_xGa_(1-x)As非对称耦合双量子阱系统中重/轻空穴激子态的结合能,研究了重/轻空穴激子态的结合能随右阱宽的变化关系;计算了在重/轻空穴激子态下电子与重/轻空穴沿z方向的平均距离及在垂直于z轴的平面内的平均距离,研究了它们随右阱宽的变化关系;计算了给定激子态下电子与重/轻空穴在空间各区域的分布几率,研究了空间各区域分布几率随右阱宽变化的关系.计算中考虑了电子与重/轻空穴在势阱与势垒中具有不同的有效质量,计算结果合理,令人信服.     

声子色散对极性晶体中激子结合能的影响

本文计及声子色散,用顾世洧导出的电子-空穴有效作用势计算了ZnO、CuCl晶体中激子的结合能。发现:对ZnO、CuCl,δ取适当数值时与实验值符合。     

极性晶体中激子的结合能

作者曾对卤化铊中激子的结合能作过计算,其结果比Haken和Barentzen的好。本文将[1]中的计算用于电子一声子耦合弱的晶体,所算得的激子的结合能也比较好。并且还发现,关于极化子有效质量与带质量的公式,LLP的比H aga的好。     

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。     

抛物阱中极化子效应对激子的影响

研究了抛物阱中极化子效应对激子的影响．利用变分法计算了重空穴激子和轻空穴激子的基态能量及其能量移动，所采用的是含有三个变分参数的无分离的试探波函数，结果发现考虑LO声子效应的重空穴激子的基态能量高于裸激子的基态能量，而考虑LO声子效应的轻空穴激子的基态能量低于裸激子的基态能量．     

压电晶体中晶格振动对激子性质的影响

近十多年中,有人对压电晶体中的极化子作过些研究,但对激子尚无人讨论,本文采用作者之一研究极性晶体中晶格振动对激子运动的影响时所用的方法来研究压电晶体中晶格振动对激子性质的影响。将Whitfield等关于压电极化子的哈密顿推广到激子的情形,可以写出激子晶格系的哈密顿     

Frankel激子的有效质量与温度的关系

将作者讨论极化子的一种方法[1]推广到激子的情形,导出了激子有效质量随温度变化的关系式。第2期研 极性晶体中激子晶格系的哈密顿究简报 h“刁2 hZ日2月=一一万~一--二-不‘一一一二二—一二不 艺脚1 Ox宝艺脚2 dx奋一冬十万hvwb奋bw+万hv妥b扩b妥 1 ww+艺[Vi(x;一a:一x:)+玖(x:一a:一x:)+才 +Vi(x1一a;一x刀+瑕(x:一a二一x;)1(l)上式各项分别为电子和空穴的动能、电子空穴间的库仑势、光学支和声学支振动能、电子与正离子、空穴与正离子、电子与负离子以及空穴与负离子间的库仑作用能。 将激子晶格系的哈密顿分为两部分 H=H+H‘(2) hZ…