錳摻雜纖鋅礦半導體量子線的光學和磁學性質

《錳摻雜纖鋅礦半導體量子線的光學和磁學性質》是依託重慶大學，由熊穩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：錳摻雜纖鋅礦半導體量子線的光學和磁學性質
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：熊穩
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

在半導體中摻入少量的磁性雜質構成稀磁半導體（DMS），稀磁半導體由於可同時利用電子的自旋和電荷屬性，使其在量子信息處理領域有廣泛的套用前景。近年來幾種纖鋅礦半導體材料如CdS、CdSe和ZnO具有優良的光學特性而受到廣泛的關注。本項目從理論上研究磁場下纖鋅礦半導體量子線中摻入少量磁性雜質如Mn離子後的光學和磁學性質，所採用的研究方法是有效質量包絡波函式近似。當加入外場時，有效質量包絡波函式近似是研究低維半導體材料非常有效的方法。尤其在前面的工作中我們從理論上推導出了纖鋅礦半導體量子線在磁場下的電子和空穴哈密頓量，基於此哈密頓量我們可以進一步研究Mn離子對半導體量子線光學、磁學性質的影響。比如從理論上研究Mn摻雜纖鋅礦半導體量子線光吸收譜、圓偏振光的偏振度和激子態等等，理論計算在一定程度上可與實驗進行比較，也可以進一步對纖鋅礦半導體量子線器件的性能進行預測。

結題摘要

在半導體中摻入少量的磁性雜質構成稀磁半導體（DMS），稀磁半導體由於可同時利用電子的自旋和電荷屬性，使其在量子信息處理領域有廣泛的套用前景。近年來一些纖鋅礦和閃鋅礦半導體材料如CdS、CdSe、ZnO、InAs和GaAs具有優良的光學和特性而受到廣泛的關注。半導體量子線由於易於合成而成為在理論和實驗上研究的熱點，而且量子線只在一個維度上沒受到限制而呈現出許多新奇的物理性質。同時，現在的密度泛函理論(DFT)計算半徑比較大的量子線體系的電子結構非常耗時而且幾乎不可能。然而，有效質量理論是研究低維半導體體系非常有效的方法。因此，在本項目中我們採用有效質量理論對少量磁性摻雜的纖鋅礦和閃鋅礦半導體量子線在外磁場中的光學和磁學性質進行研究。 我們推導出了外磁場下適用於纖鋅礦和閃鋅礦量子線的六帶和八帶的有效質量k.p微擾哈密頓量，並通過Bessel函式展開法解析的得到了量子線體系的包絡波函式以及上面幾種量子線的電子結構。然後，我們通過平均場近似方法來處理磁性摻雜離子（如：錳離子）和半導體中載流子的sp-d 交換相互作用，得到了量子線的電子結構和磁光譜隨錳離子濃度、外磁場以及溫度的變化關係。最後，通過解析寫出的半導體量子線的包絡波函式，能使我們很容易計算量子線從導帶子帶躍遷到價帶子帶的光躍遷矩陣元，並進一步研究其中的光吸收譜和光增益等的光學性質。我們的理論研究對促進量子線尤其是稀磁量子線在半導體器件領域的套用具有重要理論意義。