基本信息
- 项目名称：
- 非对称量子点中强耦合束缚极化子有效质量的Rashba效应
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文根据Huybrechs强耦合极化子模型，考虑Rashba效应自旋和轨道相互作用引起的影响下，研究了非对称量子点中强耦合束缚极化子的性质。采用改进的线性组合算符和幺正变换方法，得到了有效质量与横向和纵向受限强度、速率、变分频率和束缚能量之间的关系。
- 详细介绍：
- 近十年来，人们在低维纳米尺度的体系中发现，自旋在很多性能方面比电荷更优越，例如，退相干时间长、能耗低等，这就使得人们试图利用自旋自由度来设计新一代的电子器件，一门新兴的属于凝聚态物理领域的子学科——自旋电子学在近几年出现，并迅速蓬勃发展起来，自旋电子学是研究自旋操控、自旋输运、自旋流的特点等与自旋有关的学科。其目的是揭示与自旋有关的各种新现象，和实现自旋电子器件，以及进一步构造量子计算机。 自旋流是自旋电子学中一个最重要的物理量，它是和电流相对应的量。直观地说，一个自旋流相当于自旋向上的电子向一边运动，而同时自旋向下的电子向反方向运动。从2000年以来，人们对自旋流已展开了很多研究，目前实验上已能产生自旋流，已实现对自旋流的探测，同时自旋流的一些基本特征和规律也被揭露和深入研究。 自旋轨道耦合，也称自旋轨道相互作用，是自旋电子学中一个很重要的相互作用。在通常情况下，自旋轨道耦合很弱，可以忽略。但在一些半导体体系中却表现出很强，而且它的耦合强度可以通过栅电压来调节和控制。自旋轨道耦合的一个重要特点是，将电子的自旋和电子的轨道运动耦合起来，所以利用自旋轨道耦合，人们可以简单方便地用外电场或外电压来实现对自旋的控制和操纵。近年来，人们对自旋轨道耦合进行了深入的研究，已陆续发现一些由自旋轨道耦合所引起的有趣效应，例如自旋霍尔效应、持续自旋电流等。 自旋电子学是一个新兴的开放的学科，近几年来，人们已对这学科中的自旋流和自旋轨道耦合开展了大量的研究，并揭示了一些有趣的效应和基本规律，例如，自旋轨道耦合引起的自旋霍尔效应和持续自旋流，以及自旋流能产生电场和外电场对自旋流有力的作用等；也解决了一些问题，例如自旋流的产生等。但是这个领域仍然还是一个开放的领域，很多问题有待于我们解决和深入研究，例如自旋流的探测仍然是很困难的，远远没有像测电流那么容易，还需要解决；内在自旋霍尔效应和持续自旋流还有待于实验的证实，所以说自旋电子学仍然处于青年时代，将来会有更多的发展。 本文根据Huybrechs强耦合极化子模型，考虑Rashba效应自旋和轨道相互作用引起的影响下，研究了非对称量子点中强耦合束缚极化子的性质。采用改进的线性组合算符和幺正变换方法，得到了有效质量与横向和纵向受限强度、速率、变分频率和束缚能量之间的关系。以RbCl晶体为例进行了数值计算，结果表明，强耦合束缚极化子总的有效质量由三部分组成；轨道和不同方向自旋之间的相互作用对束缚极化子的有效质量有不同的影响。本论文对低维系统中的声子效应进行研究，不仅方法简单，而且较之其他方法更深入和细致地研究了极化子问题，重点解决了低维系统中量子尺寸效应。为具有特殊性质的新材料、新器件的研制，特别是新的量子器件的设计和新现象的机理分析提供理论依据和最佳的研制方案。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 近十年来，人们在低维纳米尺度的体系中发现，自旋在很多性能方面比电荷更优越，例如，退相干时间长、能耗低等，这就使得人们试图利用自旋自由度来设计新一代的电子器件，一门新兴的属于凝聚态物理领域的子学科——自旋电子学在近几年出现，并迅速蓬勃发展起来，自旋电子学是研究自旋操控、自旋输运、自旋流的特点等与自旋有关的学科。其目的是揭示与自旋有关的各种新现象，和实现自旋电子器件，以及进一步构造量子计算机。
科学性、先进性及独特之处
- 本项目所采用元激发方法对低维系统中的极化子Rashba效应进行研究，不仅方法简单，而且较之其他方法更深入和细致地研究了极化子问题，重点解决了低维系统中量子尺寸效应。同时采用量子波导理论和传递矩阵方法研究电子输运性质。作品在量子点、量子线和量子阱以及极性膜中的声子效应等方面的研究将为具有特殊性质的新材料、新器件的研制，特别是新的量子器件的设计和新现象的机理分析提供理论依据和最佳的研制方案。
应用价值和现实意义
- 随着近年来量子信息与量子计算科学的发展，半导体量子点方案由于其可集成的优点被认为是未来实现量子计算机最可行的方案之一，因此半导体量子点的研究显得更加迫切，而有很多研究工作是关于Rashba SO相互作用对电子系统的影响，但是，Rashba SO相互作用对束缚极化子的影响的研究到目前为止是尚不多见的。因此我们的作品非对称量子点中强耦合极化子有效质量的Rashba效应更体现出重要性和实际价值。
学术论文摘要
- 近十年来，人们在低维纳米尺度的体系中发现，自旋在很多性能方面比电荷更优越，例如，退相干时间长、能耗低等，这就使得人们试图利用自旋自由度来设计新一代的电子器件，一门新兴的属于凝聚态物理领域的子学科—自旋电子学在近几年出现，并迅速蓬勃发展起来，自旋电子学是研究自旋操控、自旋输运、自旋流的特点等与自旋有关的学科。其目的是揭示与自旋有关的各种新现象，和实现自旋电子器件，以及进一步构造量子计算机。近几年来人们已对这学科开展了大量的研究，但是这个领域仍然还是一个开放的领域，很多问题有待于我们解决和深入研究，内在自旋霍尔效应和持续自旋流还有待于实验的证实，所以说自旋电子学仍然处于青年时代，将来会有更多的发展。本文根据Huybrechs强耦合极化子模型，考虑Rashba效应自旋和轨道相互作用引起的影响下，研究了非对称量子点中强耦合束缚极化子的性质。本论文对低维系统中的声子效应进行研究，不仅方法简单，而且较之其他方法更深入和细致地研究了极化子问题，重点解决了低维系统中量子尺寸效应。为具有特殊性质的新材料、新器件的研制，特别是新的量子器件的设计和新现象的机理分析提供理论依据和最佳的研制方案。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- (1) Zhixin Li and Jinglin Xiao. Ground state lifetime of strong-coupling magnetopolaron in an asymmetry quantum dot. Modern Physics Letters B, 2009, 23(12). SCI 收录 (2) Zhi-xin Li, Yu-wei Zhao, Jing-lin Xiao. Effects of spin on the properties of strong-coupled bound magnetopolaron in quantum dot. Physica B, 2009, 404. SCI 收录 (3) Zhi-xin Li, Zhao-hua Ding and Jing-lin Xiao. Temperature Effect on Magnetopolaronic Vibrational Frequency in an Anisotropic Quantum Dot. Journal of Low Temperature Physics, 2010,159(5-6). SCI 收录 (4) Li Zhi-xin and Xiao Jing-lin. Effects of spin on the ground-state energy of strong-coupled bound magnetopolaron in an asymmetric quantum dot. Modern Physics Letters B, 2010, SCI 收录 (5) Li zhixin, Xiao jinglin. Effects of spin on the ground-state energy of strong-coupled bound magnetopolaron in an asymmetric quantum dot. Internal Journal Modern Physics B, 2010, SCI 收录
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- Chen 等[ 1] 应用二级微扰理论研究了厚度对抛物量子点中杂质束缚磁极化子能级的影响。 Charrour 等[ 2] 在有效质量近似下, 采用变分方法研究了磁场对拄型量子点中氢杂质结合能的影响。 Nguyen 等[ 3] 采用仅有一个变分参量的尝试波函数方法详细地研究了抛物限制势和磁场对量子点中氢杂质的基态能量和结合能的影响。 Corella等[ 4] 利用变分法计算了磁场存在时氢化杂质中球型量子点的基态能和结合能。 Wang[ 5]和Chen 等[ 6] 采用线性组合算符方法分别研究了半导体量子点中强耦合磁极化子的性质和抛物量子点中弱耦合束缚磁极化子的性质。 Li 等[ 7] 研究了自旋对晶体内弱耦合磁极化子性质的影响有很多研究工作是关于Rashba SO相互作用对电子系统的影响，但是，Rashba SO相互作用对束缚极化子的影响的研究到目前为止是尚不多见的。 [ 1] Chen C Y, Jin P W, Li W S, et al. T hickness effecton impur ity-bound polar onic ener gy lever s in a parabolic quantum dot in magnetic fields [ J ] . Phys Rev B, 1997, 56( 23) : 14913-14916. [ 2] Charr our R, Bouhassoune M, Fliyou M, et a l. Magnetic field effect on the binding ener gy of a hydrogenic impurity in cylindr ical quantum dot [ J] . Physica B,2000, 293: 137-143. [ 3]Nguyen V L, Nguyen M T, Nguyen T D. Magnetic effects of the binding ener gy of hydrogen impurities in quantum dots with par abolic confinements[ J] . Physica B, 2000, 242: 153- 159
