晶格振动对激子内部运动的影响

我们利用Haga研究极化子时所提出的微扰法,讨论极化晶体中由于晶格振动对激子内部运动的影响,从而修正了激子内部运动的有效约化质量;并且修正了激子基态的能量。     

激子极化激元光子学研究进展

研究光与物质相互作用是腔量子电动力学的一个重要方向.早在20世纪50年代,黄昆先生就提出了固体环境中的光子与晶格连续作用的时间演化图像,并指出光子-声子时间上连续不断的相互转化会在物质中形成声子极化激元波,从理论上计算了声子极化激元波的色散关系.Hopfield把这种图像推广到半导体环境中的光子-激子作用上.随后人们在微腔中实现了单原子、单量子点激子的真空拉比振荡.随着半导体微腔生长和微纳加工工艺的提高,激子极化激元的凝聚、超流、涡旋等宏观量子态被实验证明.通过控制微腔结构和光场调控的手段,人们进一步实现了对宏观量子态的相干调控.有机半导体、钙钛矿、二维半导体等新材料体系展现了极大的激子束缚能,有望实现室温量子器件的制备.微腔激子极化激元的研究进入了黄金时代.本文首先从激子极化激元的基本图像入手,详细介绍激子极化激元的概念、色散关系以及常见的激子极化激元体系.其次,总结了研究微腔激子极化激元的材料体系和实验方法,详细介绍了平板微腔和微纳材料自构型微腔的工作原理和具体实例,以及共焦显微荧光光谱和角分辨荧光光谱.第三,对激子极化激元的量子调控进行了总结.详细介绍了激子极化激元的重要宏观量子态以及通过微纳加工和光场调控的方式对宏观量子态的操控.具体分析了两个量子态操控的实例,包括氧化锌超晶格中多重量子态的制备以及凝聚体的参量散射过程.第四,对新型材料中激子极化激元的研究进行了总结,包括二维半导体、有机半导体和钙钛矿.最后,对本文进行总结,并且从理论、实验的角度分别预测了该领域的发展趋势.     

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     

表面激子极化激元在激子共振频率附近的异常色散现象

本文对表面激子极化激元的色散关系进行了计算,纠正了 B.Fischer 和 H.J.Queisser的错误结果,发现在激子共振频率附近表面激子极化激元存在异常色散的现象。     

快速低功率全光可调局域激子极化激元超材料

激子极化激元指的是材料中激子和光子强耦合而形成的准粒子,由于具有强相互作用而在全光器件中有着广泛的应用前景.近期,本课题组利用周期性矩形孔硫化钨纳米片超材料,实现了低泵浦功率快速响应全光可调激子极化激元.通过线性显微透过光谱实验可以发现结构的透过谱中出现明显的共振行为.类比于表面等离激元和声子极化激元,研究证明共振行为来源于局域激子极化激元.本文还在实验上证明了在波长402 nm,功率85MW cm~(-2),脉冲120 fs激光泵浦下,超材料共振波长处透过率从0.18增加到0.44,并得到时间48.7 ps的快速响应.此外,本文还验证了局域激子极化激元在过渡金属硫化物材料中广泛存在.这种特性使得过渡金属硫化物这种范德瓦尔斯材料在低泵浦功率全光器件和纳米集成回路中具有潜在应用价值.     

准一维有机半导体中极化子与激子碰撞产物分析

采用修正的SSH模型,描述基态非简并的有机共轭聚合物分子链中不同强度的电场下,一个负电极化子和一个三重态激子的碰撞过程。由于单重态激子和激发态极化子都可以通过辐射跃迁回到基态,显然,极化子和三重态激子的碰撞将有助于聚合物的发光。     

表面激子极化激元的定域化

在存在着随机粗糙和空间色散时，利用了一个数字模型研究表面激子极化激元的定域化．发现定域化出现在表面激子极化激元的最大频率附近，在广延态上的衰减长度大于定域态上的衰减长度，表面激子极化激元的定域化是受到粗糙表面散射波的毁灭性干涉所引起的．     

正弦色散对一维声学激子能量的影响

采用顾世洧处理体内激子方法，把Ｗｉｌｓｏｎ提出的一维极化子哈密顿量推广到一维激子，并考虑了声子的色散效应，运用微扰法计算正弦色散时一维声学激子基态能，与无色散时一维声学激子，极化子做了比较。     

二维周期型势阱中激子极化激元玻色爱因斯坦凝聚态局域化研究

研究二维情况下受泵浦光激发和周期型势阱囚禁的激子极化激元系统.以冷原子体系为基础,根据含时变分法,由高斯型试探波函数和Euler-Lagrange方程得出高斯型稳定局域态宽度的条件,用虚时和实时演化方法对冷原子凝聚体动力学行为进行数值模拟.考虑到激子极化激元系统中泵浦、耗散和饱和增益项的影响,将研究推广到激子极化激元凝聚体系.研究二维周期型势阱的不同势阱周期对局域凝聚态行为的影响,并与相同条件下冷原子局域凝聚态进行比较;研究周期型势阱在激子极化激元凝聚态演化过程中的作用.在没有周期型势阱下,局域凝聚态仍然能够出现,势阱存在时能对局域凝聚态的密度分布进行修正.     

准一维PtCl络合物的长程激子及其对静电场的响应

基于Baeriswyl Bishop模型 ,对PtCl络合物开链中的激子及其在静电场中的行为进行了数值研究 ,结果发现激子的光吸收峰在 1.5 5eV附近 ,这与Y .Wada等 (SynthMet,2 0 0 1,1～ 3:397.)最近的实验数据吻合得很好 .弱电场对激子没有明显影响 :当静电场超过临界值 15 0kV cm ,激子解离为电子型极化子和空穴型极化子 ,与共轭聚合物不同 ,极化和解离同时发生 ;电场增大至 35 0kV cm ,链体系发生结构相变并出现发光猝灭 .     

光学微腔中WSe2激子与光子耦合效应的研究

研究了300 K下,自制的法布里-珀罗(Fabry-P6rot,F-P)半导体微腔中,光场与WSe2单分子薄膜激子之间的强弱耦合作用.利用集成角分辨功能的显微荧光/白光反射光谱系统研究了样品的光学性质,并在强耦合区间内看到了激子极化激元的形成,对应的拉比分裂能量为46.7 meV.理论拟合结果跟实验现象吻合,为激子极化...     

Wannier激子基态能量的一个新计算方法

本文提出和讨论一种处理激子问题的新方法。我们在适用于任意激子—声子耦合强度的么正交换基础上,把极化子问题中的线性组合算符法推广到激子问题中,得到激子基态能量的普遍表达式。我们还提出普适耦合激子理论应该满足的四个条件,并详细分析了本文所采用的方法的特性。     

弱电场下电子极化子与空穴极化子的散射

基于紧束缚的Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型,利用非绝热的动力学方法,研究了弱电场下基态非简并聚合物中电子极化子和空穴极化子的散射．研究发现,体系最终形成一个中性激子态,由于电场力与电声耦合之间的竞争,形成的激子呈现了一个正反极化振荡的现象,体系最终达到一个动态的平衡．     

D维量子阱中激子的声学极化子效应

考虑了无限高势垒量子阱,计算得出了零维、一维、二维和三维量子阱中激子-声学声子耦合导致的激子基态能量移动.结果表明,激子的声学极化子效应随材料带宽的增大而增大.     

极性晶体中慢激子的极化电势

本文讨论极性晶体中慢激子的性质,采用微扰法,在忽略反冲效应中不同波矢的声子之间的相互作用的近似下,计算了二级近似的波函数,由此进一步计算了激子的极化电势。     

PNB聚合物中双激子对静电场的响应

在Baranowski B櫣ttner Voit模型下,研究了计入静电场后聚对苯亚胺PNB(pernigraniline base)中的双激子(biexciton)激发态.数值计算表明,当电场为零时,双激子是自陷的极化子双激子;随着电场强度E的增加,缺陷将沿电场方向发生移动;而当E 1.8×104V/cm时,双激子将被静电场解离,形成正、负双极化子(bipolaron)而束缚在链端.这与赵等人关于高分子(如PPV,PPQ等)在强电场下,双激子不能产生而只能形成双极化子的结论相似.计算中没有出现反向极化现象.     

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。     

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．     

利用发光磁效应分析高温环境对OLED中激子演化的影响

本文制备了基于红荧烯(Rubrene)材料的有机发光二极管(OLED),并利用磁电致发光效应(MEL)分析了高温环境对器件中激子演化的影响.器件的MEL在高、低外加磁场范围内的线型特征表明,室温下激子的演化以单重态激子分裂(STT)过程为主,而在420 K环境温度下,器件的STT过程减弱,但出现了系间窜越(ISC)这一激子演化过程.结合器件的表面形貌、发光-电流特性、电流效率和光谱,我们认为高温环境导致Rubrene薄膜中产生了大量的结构缺陷,限制了器件内部极化子对和激子的扩散,提高了单重态和三重态极化子对间的转换效率,从而导致高温环境下出现不利于内量子效率的ISC过程.但缺陷对激子的俘获作用会抑制单重态激子向三重态激子的转换,导致STT过程在高温环境下减弱,从而提升器件的内量子效率.本研究不仅有利于理解高温环境对Rubrene型OLED器件中激子演化过程的影响,还提供了一种利用有机发光磁效应无损探测器件发光层结构改变的技术方案.     

直接带隙Ge/Si_(1-x)Ge_x量子阱中激子态和带间光跃迁

利用有效质量近似和变分原理,对直接带隙Ge/Si1-x Gex量子阱中激子态和带间光跃迁进行研究.结果表明:直接带隙Ge/Si1-x Gex量子阱中带间光跃迁能、激子复合时间和基态振子强度依赖于阱宽和Si1-x Gex中Ge含量.当阱宽大于30nm时,跃迁能、激子复合时间、振子强度对Ge含量和阱宽的变化不敏感;基态线性光极化率随着Ge含量的增加而减小,同时光极化率峰值所对应的光子能量减小.