半導體納米糰簇中動力學過程的理論研究

《半導體納米糰簇中動力學過程的理論研究》是依託首都師範大學，由韓鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：半導體納米糰簇中動力學過程的理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓鵬
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

晶格振動對半導體納米糰簇量子態及光學性質的影響是研發半導體納米器件所必須考慮的關鍵因素。傳統的連續介質模型方法通過經驗參數描述晶格振動對半導體納米糰簇量子態的影響，其結果嚴重依賴於所選用的參數。而現有的第一原理方法只能精確地研究由幾十到上百個原子組成的小尺寸納米糰簇的動力學過程，難以與實驗相比較。本項目將第一原理與後續計算方法相結合，通過第一原理計算得到半導體納米糰簇單電子態及晶格振動態，並套用組態相互作用及凍結聲子算法計算半導體納米糰簇的激子態及激子-聲子相互作用矩陣元。在此基礎上研究直徑為2-5納米的半導體納米糰簇中由晶格振動導致的基態與激子態之間相干躍遷的失相現象，並研究直徑為2-3納米的半導體納米糰簇中晶格振動對發射光譜的影響。本項目的順利實施將為研究半導體納米糰簇量子態動力學過程提供新的理論方法，揭示晶格振動對量子態失相及自發輻射的影響，並為半導體納米器件的設計提供理論依據。

結題摘要

晶格振動對半導體低維納米體系電子能態結構及光學性質的影響是半導體物理學的一個重要研究領域。但是，無論傳統的連續介質模型方法或目前標準的第一原理計算方法都無法精確地計算出具有實際尺寸的半導體納米體系中晶格振動對載流子超快動力學過程的影響及對電子能態結構的修正。本研究項目基於第一原理與後續計算相結合發展了一套研究晶格振動及電子-空穴之間相互作用對半導體低維納米體系中載流子動力學過程及電子能帶結構影響的理論方法。套用這一方法，本項目組系統地研究了III-V族，II-VI族，矽鍺半導體納米糰簇及納米金剛石體系中激子態及激子-聲子耦合作用對激子態超快動力學過程的影響及對能帶結構的修正作用，並與實驗結果相比較。此外，在本項目的資助下還開展了晶格振動及電子-空穴間庫侖相互作用對二維層狀材料激子態超快動力學過程的影響以及納米金剛石材料表面態領域的研究工作。本項目研究成果不僅進一步揭示了低維半導體納米體系中電子-電子、電子-聲子之間多體相互作用對載流子超快動力學過程及能帶結構的修正作用，同時也為半導體量子器件的設計提供了相應的理論支持。