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温度与压强对球形量子点中杂质的光学性质的影响研究

毛益强  
【摘要】:量子点,也叫纳米量子点,是一种具有特殊物理性质的纳米材料。量子点是受限的三维空间,它是具有一定空间大小的区域,而不是几何意义上的点。人们制备了不同的形状,有圆柱形、方形、球形。本文讨论的是球形量子点。球形抛物量子点有良好的对称性。因为其良好的光电特性正越来越受到科学家和企业家的重视,并在诸如材料科学、凝聚态物理、光学、分析光学、生命科学领域有着深远的影响和广泛的应用。在纳米半导体量子点中,纳米半导体单电子器件往往基于量子尺寸效应和库伦尺寸效应制备成的,它们往往具有低能耗、尺寸小等优点正越来越广泛的受到重视。由于电荷的量子化效应,即当某个量子点和它所有关的电极电容只和小于10~18F时,系统会随着外部电子的进入而增加静电能,并且该电子热运动能量KBT会远小于静电能,由于静电能的足够大,所以会阻碍后续进入的电子,那么,电子只能一个个的通过纳米半导体量子点。这种效应就是Coulmub Blockkade(库伦阻塞)效应。随着纳米半导体技术的发展,可以制备纳米半导体的尺寸越来越小,然而表面原子数和量子点总的原子数之比却越来越大,表面原子数也随之增加。比如尺寸大小为5nm时,量子点占总原子数之比少于百分之五十,而表面原子数却占总原子数大于百分之五十以上,尺寸大小为2nm时,量子点占总原子数之比少于百分之二十,而表面原子数却占总原子数大于百分之八十以上。由此可见,表面有越来越强的作用。这就是所谓的表面效应。表面效应和库伦阻塞效应是当今纳米量子点研究的前沿课题,基于二者制备成的纳米量子器尤其受到重视。 本文第一章为绪论,简单介绍了半导体量子点,半导体量子点的性质和应用。并简单介绍量子点的研究现状和本文的理论研究方法。 本文第二章,主要研究外电场作用下,球抛物量子点中的杂质态的振子强度及球形抛物量子点的杂质态的束缚能。并且对有效质量进行近似,采用量子力学简并微扰理论推导出能量公式,分析微扰理论满足的强受限条件及其束缚能公式,讨论分析所获得的杂质态的束缚能与能谱。以及杂质态的振子强度的变化情况。 本文第三章,利用本文第二章得出的光吸收吸收系数和能量波函数并运用密度矩阵理论求得光折射率解析表达式。研究了外电场作用下,球形抛物量子点中杂质态的光学性质受压强和温度的的影响。计算并讨论了外电场作用下,压强和温度对球形抛物量子点中杂质态的光学性质的影响。 本文第四章,对本文的数值计算结果和研究结论作出总结,并作出展望。


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