椭球量子点中施主杂质的三阶非线性光学极化率

在有效质量近似下,采用变分方法,研究椭球量子点中施主杂质的非线性光学性质.基于计算能量和波函数,以典型的半导体材料砷化镓为例,讨论椭球量子点的几何尺寸和各向异性度对施主杂质的三阶非线性极化率的影响.结果显示这些因素对椭球量子点中施主杂质的非线性光学性质有强烈的影响.     

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.     

压力下Al_xGa_(1-x)N/GaN量子点-量子阱中施主与受主杂质态的结合能

采用变分法从理论上对流体静压力下AlxGa1-xN/GaN量子点-量子阱结构中的施主与受主杂质态的结合能进行了研究,数值计算了该结构中杂质态结合能随核尺寸、壳尺寸、Al组分以及压强的变化情况,并对施主杂质和受主杂质的结合能进行了对比分析.结果表明:该结构中的核尺寸对杂质态的结合能影响要远大于壳尺寸对结合能的影响;受主杂质与施主杂质基态结合能随体系尺寸、Al组分以及压强的变化趋势类似,但受主杂质比施主杂质基态结合能要大.     

类氢杂质对InxGa1-xN/GaN和GaN/AlxGa1-xN量子点中束缚激子态的影响

在考虑内建电场效应和量子点(QD)的三维约束效应的情况下,运用变分方法研究了类氢施主杂质的位置对Ⅲ族氮化物量子点中束缚激子态的影响.结果表明:当类氢施主杂质位于量子点中心,InxGa1-xN/GaN量子点的高度和In含量大于临界值时,约束在QD中激子的基态能降低,激子态的稳定性增强,在较高的温度下观察到半导体量子点吸收谱中的激子峰,发光波长增大.而类氢施主杂质总是使束缚在GaN/AlxGa1-xN量子点中激子的基态能降低,杂质可能使在更高温度下观察到GaN/AlxGa1-xN量子点中的激子,发光波长增大.研究发现类氢施主杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,系统最稳定;随着施主杂质下移,激子基态能增加,激子的解离温度下降,发光波长减小.     

类氢杂质对In_xGa_（1-x）N/GaN和GaN/Al_xGa_（1-x）N量子点中束缚激子态的影响

在考虑内建电场效应和量子点（QD）的三维约束效应的情况下,运用变分方法研究了类氢施主杂质的位置对Ⅲ族氮化物量子点中束缚激子态的影响.结果表明：当类氢施主杂质位于量子点中心,InxGa1-xN/GaN量子点的高度和In含量大于临界值时,约束在QD中激子的基态能降低,激子态的稳定性增强,在较高的温度下观察到半导体量子点吸收谱中的激子峰,发光波长增大.而类氢施主杂质总是使束缚在GaN/AlxGa1-xN量子点中激子的基态能降低,杂质可能使在更高温度下观察到GaN/AlxGa1-xN量子点中的激子,发光波长增大.研究发现类氢施主杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,系统最稳定;随着施主杂质下移,激子基态能增加,激子的解离温度下降,发光波长减小.     

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).     

硅中硫族杂质中性多原子集团的电子结构

本文在紧束缚近似下,利用Koster-Slater格林函数方法,研究了硅中代位式三原子集团D_3~0(S_3~0,Se_3~0,Te_3~0)和四原子集团D_4~0(S_4~0,Se_4~0,Te_4~0)的电子结构。给出了D_3~0和三种不同对称位形(C_(3e),C_(2h)和C_1)下D_4~0杂质能级计算结果。还预言了一些杂质态在缺陷集团处的波函数。随着杂质中心上原子数目的增加,施主束缚能变浅。看来,实验观测到的与硫族中心有关的待定施主能级不是非最近邻原子构成的集团所产生的。     

屏蔽对GaAs/Al_xGa_(1-x)As异质结系统中施主结合能的影响

对半导体单异质结系统 ,引入三角势近似异质结势 ,考虑电子对杂质库仑势的屏蔽影响 ,利用变分法讨论在界面附近束缚于正施主杂质的单电子基态能量 .对 Ga As/Alx Ga1-x As系统的杂质态结合能进行了数值计算 ,给出了结合能随杂质位置和电子面密度的变化关系 ,并讨论了有无屏蔽时的区别     

磁场对Ga1-xAlxAs/GaAs异质结系统中施主结合能的影响

对半导体单异质结系统，引入三角势近似异质结势，考虑外界恒定磁场对界面附近束缚于正施主杂质的单电子基态能量的影响，利用变分法对磁场下Gal-xAlxAs／GaAs异质结系统中杂质态的结合能进行了数值计算，并讨论了结合能随杂质位置、电子面密度和Al组分的变化关系及磁场对结合能的影响。结果表明：杂质态结合能随磁场的增强而显著增大。     

Zn_(1-x)Cd_xSe/ZnSe异质结中的束缚极化子

对半导体单异质结系统 ,引入三角势近似异质结势 ,考虑电子、杂质与声子的相互作用 ,利用改进的 LLP变分法讨论在界面附近束缚于正施主杂质的极化子基态能量 .对 Zn1-xCdx Se/Zn Se系统的杂质态结合能进行了数值计算 ,给出了结合能、声子贡献随杂质位置、电子面密度和组分的变化关系 .结果表明 ,杂质 -声子相互作用显著且声子对结合能的作用为负 .     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

过渡金属掺杂ZnO纳米线结构、电子性质和磁性质

本文采用密度泛函理论系统地研究了过渡金属原子Co和Ni单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂过程是放热的. Co原子趋于占据纳米线中间位置,而Ni原子趋于占据纳米线表面位置.所有掺杂纳米线能隙都小于纯纳米线能隙,并显示出直接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于磁性原子的贡献. Co掺杂纳米线出现了铁磁和反铁磁两种耦合状态;而Ni掺杂纳米线出现了铁磁、反铁磁和顺磁三种耦合状态.     

Towards Bose-Einstein condensation of excitons in potential traps

An exciton is an electron-hole bound pair in a semiconductor. In the low-density limit, it is a composite Bose quasi-particle, akin to the hydrogen atom. Just as in dilute atomic gases, reducing the temperature or increasing the exciton density increases the occupation numbers of the low-energy states leading to quantum degeneracy and eventually to Bose-Einstein condensation (BEC). Because the exciton mass is small--even smaller than the free electron mass--exciton BEC should occur at temperatures of about 1 K, many orders of magnitude higher than for atoms. However, it is in practice difficult to reach BEC conditions, as the temperature of excitons can considerably exceed that of the semiconductor lattice. The search for exciton BEC has concentrated on long-lived excitons: the exciton lifetime against electron-hole recombination therefore should exceed the characteristic timescale for the cooling of initially hot photo-generated excitons. Until now, all experiments on atom condensation were performed on atomic gases confined in the potential traps. Inspired by these experiments, and using specially designed semiconductor nanostructures, we have collected quasi-two-dimensional excitons in an in-plane potential trap. Our photoluminescence measurements show that the quasi-two-dimensional excitons indeed condense at the bottom of the traps, giving rise to a statistically degenerate Bose gas.     

Si掺杂金红石TiO2光学特性的第一性原理研究

TiO2是一种重要的n型金属氧化物半导体功能材料。近年来的实验与理论研究表明,运用杂质掺入来减小TiO2禁带宽度是提高其活性的一种有效办法。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法,从理论上研究了Si掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学特性。通过能带结构、态密度及电荷布居的分析发现,Si原子的引入使Si-Ti的键长发生明显的变化,近邻氧原子有靠近硅原子的趋势而近邻钛原子有远离硅原子的趋势。半导体禁带宽度没有明显变化,但是禁带中产生了一个杂质能级,该杂质能级主要是由Si的3p电子和Ti的3d电子杂化引起的。因此,Si掺杂能使材料的宏观特性表现为电子激发能量减小,材料活性增强,响应可见光范围达到480nm左右。     

硅、锗中硼、磷杂质的振动特性

本文用六原子模型．分析丁硼、磷原子在硅、锗半导体中刃位错附近的三维振动特性．     

β12硼烯纳米带的结构和电子性质

采用第一性原理计算考察β₁₂硼烯纳米带(BNRs)的结构和电子性质. 结果表明: 不同宽度、 不同切割方向的BNRs均具有金属性, 且BNRs的稳定性随宽度的增加而增加; 用H原子钝化BNRs边界顶点的B原子, 多数BNRs呈金属性, 少数BNRs呈半导体性.     

Macroscopically ordered state in an exciton system

There is a rich variety of quantum liquids -- such as superconductors, liquid helium and atom Bose-Einstein condensates -- that exhibit macroscopic coherence in the form of ordered arrays of vortices. Experimental observation of a macroscopically ordered electronic state in semiconductors has, however, remained a challenging and relatively unexplored problem. A promising approach for the realization of such a state is to use excitons, bound pairs of electrons and holes that can form in semiconductor systems. At low densities, excitons are Bose-particles, and at low temperatures, of the order of a few kelvin, excitons can form a quantum liquid -- that is, a statistically degenerate Bose gas or even a Bose-Einstein condensate. Here we report photoluminescence measurements of a quasi-two-dimensional exciton gas in GaAs/AlGaAs coupled quantum wells and the observation of a macroscopically ordered exciton state. Our spatially resolved measurements reveal fragmentation of the ring-shaped emission pattern into circular structures that form periodic arrays over lengths up to 1 mm.     

β12硼烯纳米带的结构和电子性质

采用第一性原理计算考察β₁₂硼烯纳米带(BNRs)的结构和电子性质. 结果表明: 不同宽度、 不同切割方向的BNRs均具有金属性, 且BNRs的稳定性随宽度的增加而增加; 用H原子钝化BNRs边界顶点的B原子, 多数BNRs呈金属性, 少数BNRs呈半导体性.     

采用FMG方法计算半导体量子盒中氢原子的极化率

采用完整的多网络（ＦＭＧ）数值方法结合对称性理论计算了半导体量子盒中氢原子的极化率，并对ＦＭＧ方法在量子盒及物理学的一些领域的应用进行了讨论。     

奇数类富勒烯团簇结构的遗传算法和密度泛函理论研究

用遗传算法(GA)和密度泛函理论(DFT)相结合的方法，对实验中所观察到的奇数高碳团簇(C51～C59)及相关的含Rh富勒烯团簇的结构进行了计算，首先利用遗传算法对奇数高碳团簇C51～C59的结构进行搜索，找出其最低能量结构，然后在此基础上利用B3LYP／3—21G方法对相应的奇数高碳团簇结构进行再优化，利用遗传算法得到了比已报道的能量更低的奇数高碳团簇C51～C59的基态结构，计算所得的奇数高碳团簇具有准笼状类富勒烯结构，其最低能量异构体都含有一个两配位的碳原子，在金属富勒烯C14Rh的结构中，Rh原子取代C55上两配位的碳原子而形成取代型类富勒烯结构。对奇数高碳团簇及含Rh富勒烯团簇的结合能和结构参数进行了计算，还讨论了奇数高碳团簇异构体的结构随能量的变化。