量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)計(jì)算.pdf

1、自組織量子點(diǎn)在量子點(diǎn)激光器和量子信息中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)個(gè)各種波長(zhǎng)的激光器；在量子信息方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了單光子源，糾纏光源以及比特的Rabi振蕩、初始化、比特的讀取、集成化等等。近10年來(lái)在實(shí)驗(yàn)和理論方面都取得了令人矚目的進(jìn)展，但是量子點(diǎn)離它的實(shí)際應(yīng)用還有很大的距離，尤其是在量子信息方面，還有很多重要的問(wèn)題沒(méi)有得到解決，比如耗散問(wèn)題、比特集成問(wèn)題以及量子點(diǎn)理論計(jì)算的問(wèn)題等等。這些問(wèn)題是我們這篇論文的出發(fā)點(diǎn)。
　　

2、 本文在第1章回顧了自組織量子點(diǎn)在量子點(diǎn)激光器和量子信息中的應(yīng)用，在第2章我們介紹了自組織量子點(diǎn)的重要物理問(wèn)題。在第3章，我們給出了處理量子點(diǎn)能級(jí)結(jié)構(gòu)的三種方法，它們是k·p方法、經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)方法以及緊束縛模型。在這些模型中我們尤其關(guān)注量子點(diǎn)的微觀對(duì)稱(chēng)性以及對(duì)應(yīng)力的處理，因?yàn)樗鼈儗?duì)量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)有很重要的影響。由于我們?cè)诘?-7章的計(jì)算需要用到經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)方法，所以我們?cè)敿?xì)介紹了經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)方法。在第3章最后我們討論了量子點(diǎn)中的規(guī)范問(wèn)題，我們證明

3、磁場(chǎng)會(huì)破壞周期性系統(tǒng)的平移變換不變性，所以Bloch定理不再成立。我們給出了解決經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)中規(guī)范變換不變性的基本方法。
　　 這篇博士論文主要關(guān)心量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)，我們得到的主要結(jié)論有，
　　 1.系統(tǒng)研究了InAs/InP量子點(diǎn)的單粒子能級(jí)、激子能量、激子壽命、量子點(diǎn)中的多體效應(yīng)以及電子/空穴的相圖，同時(shí)我們得到的結(jié)果和InAs/GaAs量子點(diǎn)進(jìn)行了比較。
　　 在第5和第6章中我們利用經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)方法研究了InAs

4、/InP和InAs/GaAs量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)InAs/InP和InAs/GaAs量子點(diǎn)的電子(空穴)的束縛勢(shì)以及應(yīng)力有很大的差別，所以它的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)也有很大的差別。我們理論計(jì)算的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。
　　 2.我們證明InAs/InP量子點(diǎn)適合用于實(shí)現(xiàn)通訊波段的糾纏光源。
　　 利用量子點(diǎn)中的雙激子級(jí)聯(lián)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)確定性的糾纏光源，但是在實(shí)際量子點(diǎn)中，由于量子點(diǎn)的真實(shí)對(duì)稱(chēng)性只有C2v，激子

5、的兩個(gè)明態(tài)頭一個(gè)精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂(幾十μeV)，所以實(shí)際上得到的只有經(jīng)典關(guān)聯(lián)態(tài)。在第7章，我們利用經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)方法證明InAs/InP量子點(diǎn)的精細(xì)結(jié)構(gòu)劈列非常小，此外它的發(fā)光波長(zhǎng)在1.55μm附近，所以InAs/InP量子點(diǎn)適合用于實(shí)現(xiàn)通訊波段的糾纏光源。
　　 3.我們證明(InAs)n/(GaAs)m量子阱的自旋劈裂α|k|。
　　 在第8章我們也開(kāi)發(fā)了一套基于平面波的能帶計(jì)算方法，其中我們采用和經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)一樣的計(jì)算方法，在這

6、個(gè)程序中我們用兩種方法計(jì)算了自旋軌道哈密頓。由于自旋軌道耦合是非局域的，所以處理起來(lái)會(huì)非常困難，我們的這個(gè)方法可以處理非常大尺寸的體系。我們用這個(gè)方法計(jì)算了(InAs)n/(GaAs)m量子阱的自旋劈裂，我們的結(jié)果證明，選擇合適的InAs厚度，可以讓自旋劈裂α|k|。這個(gè)結(jié)果可能在自旋電子學(xué)中有很大的用處。
　　 4.我們實(shí)驗(yàn)證明InAs/GaAs量子點(diǎn)中激子-光學(xué)聲子的耦合進(jìn)入了強(qiáng)耦合區(qū)域。
　　 在第9章我們研究了I