《CdS和ZnO納米線中激子-聲子、激子-激子相互作用理論》是依託北京理工大學，由石麗潔擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CdS和ZnO納米線中激子-聲子、激子-激子相互作用理論
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：石麗潔
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著納米科技的發展人們開始關注一維半導體納米結構的受激雷射現象。目前一維納米結構受激發射的研究主要為實驗結果，理論研究很少，受激發射產生機制還不明確。實驗上主要通過發光譜、吸收譜和拉曼譜對一維納米結構中元激發進行研究，由於包括很強的相干效應，只能測出所有元激發的綜合動力學和發光性質，很難分辨出各種載流子的數目及每種元激發對受激發射的貢獻。理論方面，由於一維納米結構的量子限域和晶格取向等效應的共同作用，半導體塊體材料受激發射的研究方法並不能直接套用於半導體納米線。本項目擬發展理論計算和模擬方法，研究高密度激發下納米線中激子-聲子、激子-激子相互作用對受激發射的影響，探討低溫和室溫下納米線發光和受激發射的物理本質，最後結合實驗給出納米線受激發射的產生機制。我們選擇纖鋅礦型CdS和ZnO納米線作為典型研究對象，相關結果可推廣到其他材料中。這方面的研究對設計高效、低閾值的納米雷射器具有重要意義。
結題摘要
本項目主要研究了纖鋅礦型CdS和ZnO納米線中的激子-聲子相互作用和激子-激子相互作用。纖鋅礦結構CdS和ZnO屬於極性半導體，由於Fröhlich 帶間極性散射，極性半導體中存在很強的激子-LO聲子相互作用，並且伴隨著激子再結合會發生聲子輔助的激子發射。由於納米線中激子和聲子在橫向受限，使得它們間的散射作用增強。聲子可以束縛激子，並且與激子相互耦合實現相干傳播。納米線中激子-聲子散射線寬隨納米線尺寸下降而增加了量子限域作用下激子-聲子相互作用增強。我們計算了量子線中激子-聲子散射的弛豫時間與量子線尺寸的關係。計算結果表明弛豫時間隨著納米線尺寸減小而變短，達到最小值後將隨納米線尺寸減小而變長。即對CdS和ZnO納米線，都存在一個臨界的量子限域尺寸。弛豫時間最小值的位置依賴於空穴有效質量，輕空穴激子比重空穴激子具有更大的阱寬度。同時發現弛豫時間隨溫度升高迅速下降。原因是溫度越高，納米線中產生的聲子數目越多，從而導致激子-聲子快速弛豫達到熱平衡。低溫（＜10K）時，弛豫時間隨納米線尺寸變化較緩。在同一溫度，輕空穴激子與聲子的弛豫時間長於重空穴激子。 為了驗證理論結果我們採用化學氣相沉積的方法生長了CdS納米線，並對其發光特性進行了研究。實驗上觀察到了隨激發功率增長發光峰半高寬窄化、發光強度非線性增長的現象，即發生了受激發射。通過拉曼光譜測試觀察到了CdS納米線中1LO和2LO聲子。證明了受激發射是由於激子-聲子相互作用而導致激子壽命增長，從而實現粒子數反轉而發生的。這方面的研究對研製高效、低閾值雷射器是至關重要的。
