外场影响下半导体量子点中的电子-声子相互作用及其光学性质

For specific properties of luminescence of semiconductor quantum dots, and the important effect of electron-phonon interaction on the physical properties of materials, the multi-branched long wavelength optical phonon modes as well as the coupling between the phonon and electron,and the influence of external fields (electric field, magnetic field, pressure, temperature and so on) on the optical properties of system and electron-phonon interaction are studied. By using the effective perturbation method, variational approach and modified LLP intermediate copupling method, to calculate theoretically the optical absorption coefficient, refractive index and other optical problems of impurity state, exciton state, polaron under the influence of external field. Moreover, the influence of strain and spin will be proper considered. Some new knowledge are given for the properties of electricity and optics of seiconductor quantum dot, and try to explain and predict experiment. The effect and influence of optical phonon and external field on the properties of optics and electricity of quantum dot are quantitatively and half-quantitatively understanded, it is helpful for understand the microcosm and new photoelectronic device research, there are not only theoretical significance but also application prospect.

针对半导体量子点在发光方面的特殊性质,及其电声子相互作用对于材料物理性质产生的重要作用，集中研究半导体量子点的光学性质及其中多支长波光学声子模及其与电子的耦合，以及外场（电场、磁场、压力、温度等）对于体系光学性质及其电声子相互作用产生的影响。用行之有效的微扰法、变分法、以及改进的LLP中间耦合理论，理论计算外场影响下半导体量子点中杂质态、激子态、极化子的光吸收系数和折射率等其他光学问题。此外，还将适当考虑应变、自旋等因素的影响。对半导体量子点的电学、光学性质给出新的认识，力求解释并预言实验。以期定量或半定量了解光学声子及其外场对于量子点电学、光学性质产生的作用和影响，有利于深入认识微观世界和新型光电子器件的研制，既有理论意义，又具有应用前景。

针对半导体量子点在发光方面的特殊性质，及其电声子相互作用对于材料物理性质产生的重要作用，本项目主要研究了外电场影响下半导体球形量子点中多支长波光学声子模及其与电子、杂质的耦合。讨论了外电场和量子点尺寸对于电声子耦合产生的作用。另外，还研究了外电场对于椭球形量子点束缚激子系统基态能产生的作用，并讨论了椭球形状对于上述问题的影响。计算中主要采用变分法，以及Hylleraas坐标系统。. 数值计算结果表明，电声子相互作用能为负值，但由杂质声子相互作用引起的电子和杂质“交换”作用能为正值，而且其作用强度远大于电声子相互作用。再者，外电场削弱了电子和局域声子相互作用，但加强了电子和半空间声子以及界面声子的相互作用。其中，对于杂质位于量子点中心的情形，电子和界面声子相互作用则完全依赖于电场，当撤去电场后其相互作用也随之消失。此外，电子和局域声子相互作用能以及电子和杂质“交换”作用能呈现出非单调变化，并随量子点半径的增加出现单峰值，而电子和半空间声子相互作用能随着量子点半径的增加迅速减小并趋于零。综合以上结果，我们发现总声子对于束缚极化子结合能的贡献为负，而且电场会降低结合能，对于大尺寸量子点而言更为明显。对于椭球形量子点束缚激子系统基态能的研究表明，无论是重空穴还是轻空穴情形，体系基态能移都将随着椭球率的增加而增加，而且轻空穴基态能移总是大于重空穴的情形。此外，扁长形椭球量子点的影响要强于扁圆形椭球量子点。随着量子点尺寸的增加，量子点形状的影响都将逐渐减小。再者，体系基态能在外加电场下产生的斯塔克能移随着椭球率以及量子点尺寸的增加而增加，相对于轻空穴而言重空穴情形下上述情况更为明显。. 此研究结果对于了解光学声子及外电场对于量子点电学、光学性质产生的作用和影响具有一定的参考价值。