激子玻色－爱因斯坦凝聚的理论研究

近年来，激子玻色－爱因斯坦凝聚的研究取得了很大进展，Butov研究小组利用所谓的间接激子寿命长和冷却速度快的特点，成功地实现了激子的准凝聚状态，并奇怪的观察到激子的发光环和环上均匀发光斑点。而Lai小组又发现杂质势阱中激子分布依然具有环状结构，并且当进一步增加杂质势阱中激子数密度时，激子环有先收缩后扩张的特点。尽管这些实验形象还不足以说明激子凝聚已经实现，但实验反映了激子之间具有复杂的相互作用，引起了人们普遍关注。特别是最近实验技术的发展，使人们能够对激子进行细致的调控和测量，并获得一些意想不到的结果。本项目在对实验现象和数据的深入分析基础上，探讨半导体耦合量子阱中间接激子相互作用的微观机制，求解电子和空穴系统的多体哈密顿，以此来进一步给出这种反常激子发光谱的统一解释，最终找出可操作的实验途径来实现激子凝聚。

由于潜在技术上的应用，激子凝聚研究一直都受到很大的关注，直接导致近年在耦合量子阱体系当中取得了显著进展。尽管实验上号称发现了凝聚态直接证据，但存在一些争议，然而出现的一些新奇量子现象，如激子发光内环和外环，及外环上均匀的发光斑点；各种人造势阱中激子分布的特殊结构，及随激子数密度变化时环大小先收缩后扩张；运动周期性势场中的局域和非局域转变；尤其是最近观测到的偏振有序的激子发光图案等。反映了激子之间相互作用、激子之间的精细相互作用、凝聚激子和泵浦热库激子相互的复杂性，引起极大的兴趣。成为凝聚态理论研究的热点问题。.本项目从实验数据定性分析出发，考虑激子之间相互作用是电子－电子、电子－空穴、空穴－空穴之间库伦相互作用及交换相互作用竞争的结果，为此提出激子之间存在的两体吸引和三体排斥。同时考虑激子驰豫当中的瓶颈效应和有限寿命，提出非均衡分布的微观模型。通过求解唯像的非线性薛定谔方程，先后成功的解释了：（1）杂质势及各种人造势阱当中激子非均匀分布；（2）激子动能随温度的降低，当达到临界时随温度的降低反而升高；（3）随粒子数密度周期性势场局域和非局域变化；（4）激子动能和发光谱能量随激发光强的反常变化关系。基于以上模型对实验数据的分析，基本上建立了描述低密度低温激子性质的物理图像。.