半导体量子点阵列中狄拉克电子特性调控的理论研究

Semiconductor quantum dot (QD) has great potential applications in the fields such as nanoelectronics, photoelectronics devices and new generation very large scale integrated circuits. The manipulation of single particle in QD is an advanced subject of the new generation technology revolution. We have first calculated novel Dirac-like electronic excitations in two-dimensional coupled semiconductor QDs array, which have great significance for investigating and making semiconductor QD devices. In this project, we will theoretically analyze physical mechanism of control of the Dirac electrons in semiconductor QDs array when the size of a dot or the structure of the array are changed and the influence of properties of Dirac electrons in QDs array superlattice. Furthermore, the Klein tunneling of Dirac electrons in QDs array will be investigated. These results will provide theoretical basis and new device models for applications of semiconductor QDs devices.

半导体量子点材料在固态纳米电子、光电子器件与新一代超大规模集成电路中具有巨大的应用价值，在量子点系统中对单粒子进行控制从而实现对微观世界的量子调控已经成为新一代技术革命的前沿课题。申请者首次在特殊排布的二维耦合半导体量子点阵列系统中发现狄拉克电子，这为新型半导体量子点器件的设计提供了新的研究方向。本项目将以具有狄拉克锥结构的二维半导体量子点阵列系统为研究对象，对其狄拉克电子特性的调控性质开展系统研究，理论分析改变量子点尺寸/量子点阵结构和外加周期势场对量子点阵列中电子特性的影响以及量子点阵列中的克莱因隧穿问题，揭示半导体量子点阵列中狄拉克电子特性调制的物理机理。本项目的理论结果有望为半导体量子点阵列在纳米电子学领域的应用提供新的器件模型和理论依据。

半导体量子点结构是用来实现高速纳米器件一个非常好的选择，因而受到人们广泛的关注和研究。在量子点系统中对单粒子进行控制从而实现对微观世界的量子调控已经成为新一代技术革命的前沿课题。量子点阵列丰富的能带结构和实际的可操控性为人们在纳米尺度上研究电子量子效应提供了广阔的平台。本项目以具有狄拉克锥结构的二维半导体量子点阵列系统为研究对象，对其狄拉克电子特性的调控性质开展了系统研究，理论分析改变量子点尺寸/量子点阵结构和外加力场对量子点阵列中电子特性的影响，计算中考虑了可调节的晶格拉伸形变因素对电子能谱的影响。计算结果表明，在形变蜂窝状电子点晶格系统中出现了可调节的狄拉克锥能带结构,揭示半导体量子点阵列中狄拉克电子特性调制的物理机理。此外，理论上研究了不同载流子浓度的半导体材料的变温拉曼特性，分析了温度和载流子浓度对拉曼位移和声子寿命的影响以及相关力学性质的分析。本项目的理论结果为半导体量子点阵列在纳米电子学领域的应用提供新的器件模型和理论依据。