Woods-Saxon限制势两电子量子点的自旋单态—三重态跃迁(英文)

使用Woods-Saxon限制势,研究了磁场对二维两电子量子点系统的影响,研究方法的优点是在模型位阱中可以通过两个参数改变限制范围.计算是在有效质量近似框架下采用矩阵对角化方法进行,发现了一个基态行为(自旋单态-三重态跃迁)作为磁场强度的函数.此外还发现Woods-Saxon限制垒的位置和斜率对二维两电子量子点系统的基态跃迁和低激发态性质是重要的.     

磁场下InAs/InP应变矩形量子线能级结构

利用微扰理论在有效质量近似下研究了磁场下截面长度固定的矩形量子线中电子和空穴的基态、第一激发态能量,在计算过程中考虑了形成量子线的两种材料的晶格常数不同带来的形变势、电子和空穴在材料中的质量失配以及空穴有效质量的各向异性等因素.结果表明:当磁场增大时,不同尺寸量子线中电子基态能量的差值增大的速度明显减小,而空穴的相应情况不明显;不同尺寸量子线中粒子的第一激发态能量差值随着磁场的增大而增大,并且差值较小.     

拓扑绝缘体表面电子在非均匀磁场下的束缚态与能谱

计算了拓扑绝缘体表面上狄拉克电子在磁势约束下的能谱,分别就圆形和环形约束量子点给出了通过磁势垒约束狄拉克电子形成束缚态的条件.量子点半径趋于零时,狄拉克电子占据朗道能级,半径增大时出现(n,m)态和(n,-m)态的简并.环形量子点中内外半径之比小于某个临界值时,才会出现束缚态,反之,退化到朗道能级.这些束缚能级可以通过改变约束半径或磁场大小来调制,对设计拓扑保护的量子器件有重要应用.     

磁场下InAs/InP矩形量子线中的电子结构

在有效质量近似下,利用微扰理论研究了矩形量子线中电子和空穴的基态能量.考虑形成量子线的2种材料晶格常数不同带来的形变势、电子和空穴在材料中的质量失配以及空穴有效质量的各向异性等因素,在矩形长度不变时,计算了电子和空穴的基态能量随磁场以及矩形宽度的变化情况.结果表明,粒子的基态能量随着磁场的增大而增大,随着矩形宽度的增大而减小;磁场增大时,不同尺寸量子线中电子的基态能量随磁场的变化曲线间距减小的趋势比空穴明显得多;在较高磁场下,电子的基态能量随量子线尺寸增大下降的趋势比低磁场时明显,而空穴的这种特征不明显.     

温度对量子环磁矩振荡规律的影响

应用统计理论计算了量子环中电子的热力势Ω和磁矩,研究了温度对量子环磁矩随磁场振荡规律的影响.结果表明：当温度一定时,强磁场作用下的量子环磁矩主要随磁感应强度B的倒数1/B作振荡,而弱磁场时则随B作振荡.对Au量子环,强磁场作用下磁矩随1/B的振荡周期为6.823×10－3T－1,而弱磁场作用下磁矩随B的振荡周期为1.377×10－2T.而磁场一定时,量子环的磁矩随温度成非线性变化.其中磁场较小时,磁矩随温度升高而增大且为负;而磁场较大时,则随温度升高而减小且为正,而一般情况下,磁矩会随温度升高而变号.磁     

环形B样条基组的设计构建及在量子环中的应用

构造满足周期性边界条件的环形B样条基组,并将之应用于单电子量子环基态及激发态能级的计算.该方法计算基组较小,可以处理变量不可分离的非线性微分方程,简化计算模型.使用Ga As量子环的参数进行计算,结果与已有文献结果符合.结果显示电子的能级呈现AB振荡现象.若量子环上存在杂质,则基态和低激发态能级将不随磁场作AB振荡.此数值方法可推广至更复杂的具有周期势分布的结构.     

温度对量子环磁矩振荡规律的影响

应用统计理论计算了量子环中电子的热力势 和磁矩,研究了温度对量子环磁矩随磁场振荡规律的影响。结果表明：当温度一定时,强磁场作用下的量子环磁矩主要随磁感应强度B的倒数1/B作振荡,而弱磁场时则随B作振荡。对Au量子环,强磁场作用下磁矩随1/B的振荡周期为 ,而弱磁场作用下磁矩随B的振荡周期为 。而磁场一定时,量子环的磁矩随温度成非线性变化。其中磁场较小时,磁矩随温度升高而增大且为负;而磁场较大时,则随温度升高而减小且为正,而一般情况下,磁矩会随温度升高而变号。磁矩随磁场的振荡随温度升高而减弱。     

量子体系中外场对体系熵的影响

讨论并计算了量子情况下磁场中二维电子气体系的熵，发现存在磁场时二维电子气体系的熵有可能大于无磁场时的熵，从而证明了对于在外场下的量子体系Ｂａｉｅｒｌｅｉｎ的观点不成立。     

外磁场下电子-声子相互作用对球形量子点杂质态的影响

在有效质量近似下,采用变分法研究了外磁场下球形量子点中的施主杂质基态结合能随量子点半径和磁感应强度的变化关系.考虑电子与体纵光学声子和表面光学声子相互作用,计算了施主杂质态结合能随杂质位置和量子点半径的变化.数值结果表明,结合能随量子点尺寸减小和外加磁感应强度的增强单调增加,且基态结合能明显依赖于杂质位置和电子-声子相互作用.     

InAs/InP椭圆形量子线的电子和空穴基态能量

在椭圆坐标系中采用有效质量近似和对角化方法研究了椭圆形量子线中电子和空穴的基态能量.考虑电子和空穴在材料中的质量失配以及空穴有效质量的各向异性,计算了无磁场时及存在磁场时电子和空穴的基态能量随偏心率ξ0及参数a的变化情况.结果表明,参数a一定时,粒子的基态能量随着椭圆截面偏心率ξ0的增大而减小;椭圆的偏心率ξ0一定时,粒子的基态能量随着参数a的增大而减小;磁场对空穴的约束作用较电子弱.     

Optically programmable electron spin memory using semiconductor quantum dots

The spin of a single electron subject to a static magnetic field provides a natural two-level system that is suitable for use as a quantum bit, the fundamental logical unit in a quantum computer. Semiconductor quantum dots fabricated by strain driven self-assembly are particularly attractive for the realization of spin quantum bits, as they can be controllably positioned, electronically coupled and embedded into active devices. It has been predicted that the atomic-like electronic structure of such quantum dots suppresses coupling of the spin to the solid-state quantum dot environment, thus protecting the 'spin' quantum information against decoherence. Here we demonstrate a single electron spin memory device in which the electron spin can be programmed by frequency selective optical excitation. We use the device to prepare single electron spins in semiconductor quantum dots with a well defined orientation, and directly measure the intrinsic spin flip time and its dependence on magnetic field. A very long spin lifetime is obtained, with a lower limit of about 20 milliseconds at a magnetic field of 4 tesla and at 1 kelvin.     

Quantum quench of Kondo correlations in optical absorption

The interaction between a single confined spin and the spins of an electron reservoir leads to one of the most remarkable phenomena of many-body physics--the Kondo effect. Electronic transport measurements on single artificial atoms, or quantum dots, have made it possible to study the effect in great detail. Here we report optical measurements on a single semiconductor quantum dot tunnel-coupled to a degenerate electron gas which show that absorption of a single photon leads to an abrupt change in the system Hamiltonian and a quantum quench of Kondo correlations. By inferring the characteristic power-law exponents from the experimental absorption line shapes, we find a unique signature of the quench in the form of an Anderson orthogonality catastrophe, induced by a vanishing overlap between the initial and final many-body wavefunctions. We show that the power-law exponent that determines the degree of orthogonality can be tuned using an external magnetic field, which unequivocally demonstrates that the observed absorption line shape originates from Kondo correlations. Our experiments demonstrate that optical measurements on single artificial atoms offer new perspectives on many-body phenomena previously studied using transport spectroscopy only.     

外磁场中介观金属环的量子电流和能谱及其量子涨落

针对处于外磁场中的介观金属环系统,假设在电荷空间中具有变换的对称性,通过求解本征值方程给出系统的量子电流、能谱关系;利用最小平移算符的性质等,计算介观金属环中电流和能量的量子涨落.研究介观金属环中量子电流、量子能谱的性质,分析影响量子涨落的因素.结果表明,量子电流、量子能谱不仅与外磁场、介观金属环电参数有关,而且还明显地依赖于电荷的量子化性质.     

半导体量子点中磁极化子基态能修正的温度效应

采用Larsen方法研究了半导体量子点中磁极化子基态能量的温度效应．在有限温度下导出了磁场内半导体量子点中电子—体纵光学(LO)声子相互作用系统的基态能量及二级微扰能量修正．讨论了磁场、量子点尺寸以及温度对半导体量子点中电子—体纵光学(LO)声子相互耦合磁极化子的基态能量影响．为了更清楚、直观地说明半导体量子点中磁极化子的性质，以GaAs半导体为例进行了数值计算，得到在强磁场的作用下半导体量子点中电子—体纵光学(LO)声子耦合系统的基态能量修正与磁场强度、量子点厚度及温度的关系曲线．结果表明：强磁场中电子—体纵光学(LO)声子相互耦合磁极化子的基态能量修正随磁场强度的增加而增大，随量子点厚度的增加而减少，随温度的升高而增大。     

太赫兹场作用下的GaAs双量子阱的光吸收分析

用密度矩阵理论分析了在超快脉冲及太赫兹场作用下GaAs量子阱和双量子阱的光吸收谱.分析表明：在直流和太赫兹场作用下,由于量子约束斯塔克效应,光吸收谱呈现出多个激子吸收峰.改变太赫兹的强度和频率,吸收谱出现恶歇分裂,并产生边带,这些分裂主要来源于太赫兹作用下激子的非线性效应.     

抛物型量子点的非线性光学整流研究

在紧凑密度矩阵方法和迭代法的框架下，从理论上研究了抛物型量子点（QDs）在不同的量子点半径、宽度以及外加电场和磁场下光学整流（OR）系数。在有效质量近似下，计算了量子点中电子的受限波函数和能量。给出了典型GaAs/AlGaAs抛物型量子点的数值结果。通过研究发现，非线性光学整流系数受到量子点的宽度、半径以及电场和磁场的强烈影响。在考虑电场和磁场的影响时，峰值向高能量方向移动。     

非绝热量子晶格涨落效应作用下准一维电-声子系统的带间跃迁光吸收谱

通过正则变换和位移变换引进电－声子散射函数,并采用ＨＦ平均场近似方法,研究非绝热条件下量子晶格涨落对准一维电－声子系统带间跃迁光吸收谱的影响,得到了与实验观测结果相符合的无反平方根奇异并具有能隙内带尾的光吸收系数。     

双开口劈裂方环/方形环中磁法诺共振的调控

基于有限元法,从理论上研究了双开口劈裂方环/方形环纳米结构(double split ringsquare ring,DSR-SR)中的等离子体共振和局域电磁场增强等光学特性.由于方形内环的亮模式和双开口劈裂环的暗模式的相互干涉,在该结构中产生了磁法诺共振现象,通过改变该结构的几何参数,可以实现对共振峰位置和强度的有效调控.计算结果表明,该结构中的共振峰对周围介质折射率变化敏感,品质因子最高可达到25.3,并且各共振峰处的局域电场和局域磁场都有很大增强.基于该结构的这些性质,它可以应用于传感器、多光谱表面增强光谱学、低损耗的磁性等离激元的传播和其他基于磁性法诺的光学器件.     

量子棒中磁极化子的回旋共振特性和光学声子平均数

基于Huybrechts线性组合算符法,采用Lee—Low-Pines幺正变换和变分技术研究了磁场中量子棒内抛物限制势下电子一体纵光学声子强耦合磁极化子基态的回旋共振特性,推导出磁极化子回旋共振频率和光学声子平均数与磁场的回旋频率、电子一声子耦合强度、量子棒的纵横比和受限强度的变化规律。数值结果表明：磁极化子的光学声子...