《半導體低維耦合納米結構的量子輸運研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由段素青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：半導體低維耦合納米結構的量子輸運研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：段素青
- 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
半導體低維耦合納米結構是目前凝聚態物理密集研究的重要量子受限系統，兼有可控的量子受限、量子隧穿效應，物理內涵豐富，量子新效應層出不窮。本項目選擇耦合量子點、納米環結構為研究對象，深入系統地開展量子輸運相關問題的理論研究。研究方法方面，致力於採用接近實際樣品的約束勢模型，充分考慮庫侖作用、調製外場等物理效應，精確計算受限少體系統的電子結構，以此為起點，求解系統外場驅動下的動力學方程，研究其量子輸運行為。本項目的研究內容包括：耦合量子點自旋相關量子輸運、光子輔助輸運；納米環結構的隧穿輸運及光子輔助輸運。本項目的研究目標是：發現耦合量子點自旋相干態的有效調控機制及其在輸運電信號上的表征模式，尋找抑制無規核自旋退相干效應的有效手段；發現光電特性優異的耦合量子點、納米環結構光子輔助輸運過程，提出新功能量子光電器件設計方案。
結題摘要
本項目選擇耦合量子點、半導體超晶格以及耦合雙量子鏈等低維納米結構為研究對象，深入系統地開展了量子輸運相關問題的研究。本研究採用接近實際樣品的約束勢模型，在同時考慮庫倫相互作用、自旋軌道耦合以及外場效應條件下，解決了精確求解複雜結構體系本徵態和動力學演化過程等關鍵科學問題，發現了半導體低維納米結構量子輸運過程的一些新效應，並提出了相關的新功能量子光電器件設計方案。主要的研究成果有：（1）藉助光子輔助輸運特性，研究了耦合量子點條件動力學過程，在條件光場不同的共振頻率下，實現了兩電子態的相干激發和俘獲，並用輸運電流無損傷檢測條件控制的結果，為進一步設計量子信息功能器件提供了理論依據；（2）研究了耦合雙量子點系統的自旋極化以及自旋、軌道阻塞問題，依據電子自旋共振、泡利阻塞、共振隧穿以及量子相干的相互作用在正反電壓以及快慢自旋反轉區呈現的不同電流回響，預言了耦合雙量子點的雙極自旋過濾、靈敏自旋開關以及自旋轉換開關等功能；（3）研究了交流場驅動下耦合量子點電子shuttle的輸運特性和量子點shuttle系統中Kondo效應的基本特徵，為理解納電子力學系統的輸運特性及相關實驗觀測提供了理論基礎；（4）研究了無序系統輸運特性，對鏈內長程關聯、鏈間短程關聯的無序雙鏈的（離）局域和遷移率邊等問題進行了深入的研究，為理解DNA等鏈狀大分子中電荷的輸運機制提供理論依據；（5）開展了基於半導體超晶格的太赫茲量子級聯雷射器（QCL）及探測器（QCD）設計方面的研究工作，給出了太赫茲QCL輸運特性及光增益特性與子帶壽命的依賴關係，研究了各種散射機制對閾值電流及雷射輻射粒子數反轉的影響，提出了中紅外—遠紅外雙光子吸收的QCD理論設計方案，這些理論研究成果極大地推動了合作單位實驗工作的進展；（6）研究了耦合量子點的高次諧波輻射特性及其產生機制，將非線性光學過程映射為耦合量子鏈上的輸運過程，對諧波輻射譜、輻射量子效率及諧波輻射偏振特性進行全面研究，為耦合量子點高次諧波輻射作為新型太赫茲輻射源的套用提供理論依據。本項目歷時三年，項目組成員取得的科研成果達到了預期的研究目標，圓滿地完成了各項研究任務。
