一、n层耦合量子阱中的极化光学声子振动:电-声子相互作用哈密顿(英文)（论文文献综述）
柴雅静[1]（2021）在《非对称Ⅲ-N半导体异质结构中光学声子对电子迁移率及跃迁的影响》文中进行了进一步梳理纤锌矿Ⅲ族氮化物（Ⅲ-N）半导体具有宽禁带,高击穿电压,强压电和自发极化等特点,由此类半导体组成的高电子迁移率晶体管和级联激光器在高频高功率范围有着广泛的应用前景.本文聚焦于组成上述器件的基本单元非对称多层异质结构中光学声子对电子迁移率和跃迁的影响,主要研究内容和所得结果如下:（1）针对非对称量子阱及异质结构中电子态,考虑由于界面诱生的强极化内建电场,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,获得电子的本征能量和波函数.结果显示:在非对称AlxGa1-xN/Ga N/AlyGa1-yN量子阱中,内建电场随着左垒组分x增加而增强,局域在Ga N阱中的电子靠近左侧界面且对其束缚性增强.在Al.27Ga.73N/InyGa1-yN/Ga N/Al N异质结构中,插入InGaN层在AlGaN/InGaN界面处引入正极化电荷,靠近左界面处的二维电子气浓度也随组分y增加而增加.但随着阱宽的增加,电子则向右侧界面靠近,对电子的束缚先增强后降低.调制阶梯Al N/Ga N/AlxGa1-xN/Al N量子阱中混晶组分,可使电子向Ga N阱中移动,从而调制其激发态和基态的能级差位于THz范围内.（2）对于非对称多层异质结构中的光学声子,采用介电连续模型和Loudon单轴模型,利用转移矩阵法导出其色散关系和静电势.结果表明:由于纤锌矿结构的各向异性,在特定组分范围内,可存在界面（IF）,局域（CO）,半空间（HS）和传播（PR）四类光学声子.不同于对称量子阱,在非对称结构中,对称和反对称声子模的渐近频率分别趋向不同界面处的共振频率.在多异质界面结构中,声子模种类增加,并随混晶组分和波矢的变化,发生模式转换.相应声子势的大小与局域性与界面处的共振频率有关.（3）针对非对称量子阱及多层异质结构,求解雷-丁力平衡方程,获得各类光学声子对电子迁移率的影响.结果表明:在非对称AlxGa1-xN/Ga N/AlyGa1-yN量子阱中,计入横模双模性的IF和CO声子对迁移率起主要作用.混晶效应产生IF和HS声子模式转换,导致迁移率呈阶梯状.若固定右垒组分,总电子迁移率则随着左垒组分的增加先减小进而呈阶梯状减小.当右垒组分y为0.58时,非对称阱较对称阱中的总迁移率高于30%以上.在Al.27Ga.73N/InyGa1-yN/Ga N/Al N异质结构中,高频区间的CO声子对电子的散射作用则强于IF声子,对总迁移率起主要作用.总迁移率随In组分增加先增加,随后在中间和较大In组分区间有轻微的弯曲.插入InGaN/Ga N复合通道层,可提升电子迁移率高于传统单Ga N层异质结构.声子对电子散射随温度增强,并降低总迁移率.还给出尺寸对电子迁移率的调制作用.我们所得结果不但与实验吻合较好,还指出如何调制此类结构以获得更高的电子迁移率,对于优化Ⅲ-N HEMT的性能具有指导意义.（4）针对Al N/Ga N/AlxGa1-xN/Al N阶梯量子阱,采用费米黄金法则给出各类光学声子对电子子带跃迁的影响.结果显示:混晶组分可调制阱中电-声子相互作用,降低各类声子辅助电子子带间非辐射跃迁概率,有望使光子辐射跃迁成为主要机制.依赖组分和波矢的IF模间的模式转换,致使IF声子辅助电子平均跃迁概率有轻微弯曲.在大组分x>0.73区间,各支声子降低电子非辐射跃迁概率,此外,THz频率也随组分增加.上述性质可为THz级联激光器有源区的单阱设计提供参考.
杨飞[2]（2021）在《非平衡动力学：从二维材料自旋动力学到超导体的电磁响应》文中指出运用微观动力学方程的等时非平衡格林函数方法,本论文首先从自旋电子学领域中的动力学自旋Bloch方程入手,研究二维材料中的自旋动力学作为引子。之后,进入到本论文的主体部分—超导领域,建立被我们称为“规范不变动力学方程”的动力学理论以研究超导体丰富的电磁响应性质。在引子部分,通过采用动力学自旋Bloch方程,我们研究了双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋动力学,包括Rashba自旋轨道耦合影响下K和K’谷空穴自旋的弛豫和扩散。由于双层材料的特性,我们发现两谷的面外自旋呈现出不同的弛豫（扩散）过程。特别地,在大自旋极化的弛豫（扩散）过程中,我们发现,两谷中原本相同的空穴浓度随着时间演化（沿着扩散方向）发生了破缺,从而产生了非平衡（稳态）谷极化。在主体部分,我们进入到超导领域,首先研究了平衡态中平移对称破缺超导体系内的超导电性,之后,我们重点探讨了非平衡动力学中超导体的电磁响应性质。平衡态的研究以Gorkov方程为基础。我们首先从对称性的角度,讨论了平移对称破缺后,实现非常规Cooper对的要求。基于对称性分析,我们指出,通过将自旋轨道耦合量子阱与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合,所有四种对称性类型（偶频单态、奇频单态、偶频三态和奇频三态）的Cooper对均会在量子阱中出现。而量子阱中库仑相互作用的自能以及不可避免的plasmon效应,则可以诱导出全部四种对称性的超导序参量。之后,我们讨论了在自旋轨道耦合s-波超导体中,利用磁场的Zeeman效应破缺掉平移对称性（产生出Cooper对质心动量）的可能。我们发现,磁场会导致两种具有Cooper对质心动量的超导相:小场下的drift-BCS态和大场下的Fulde-Ferrell态,前者中的Cooper对质心动量源于能带扭曲,后者与传统Fulde-Ferrell态类似。在处理非平衡性质时,Gorkov方程中格林函数涉及到的信息因为过于庞大从而有着很大的计算难度。针对这一问题,需要衍生出用于处理非平衡物理的微观动力学方程。为此,我们首先采用Yu和Wu建立的规范不变光学Bloc方程方法,研究了手征p-波超导态的反常霍尔效应。我们展示反常霍尔效应的内禀通道因为伽利略不变性而为零,但杂质散射可以诱导出外禀通道。与文献中Kubo费曼图方法给出的线性响应的偏转散射通道相比,我们除了为这一通道提供微观动力学描述外,还揭示出一个新的通道:非线性激发导致的低阶Born贡献,后者在弱杂质相互作用体系占据主导。之后,我们发展了规范不变光学Bloch方程,使其囊括进完整的电磁效应和超流动力学,由此建立起超导体规范不变动力学方程。我们首先证明规范不变动力学方程满足超导体中的Nambu规范结构,因而自然地满足电荷守恒。紧接着,通过规范不变动力学方程,我们讨论了静磁响应和低频光学响应中的电流激发。除了恢复出文献中为人熟知的结果（包括静磁响应中的Meissner超流和Ginzburg-Landau方程以及低频光学响应中的二流体模型）外,我们发现,只有当电磁场激发出的超流速度超过某一阈值时,体系中才会出现正常流体和散射。特别地,我们指出,超流体和正常流体的电流之间存在摩擦。由于这种摩擦,部分超流体具有了黏滞性。我们因而提出了超导体的三流体模型:正常流体、有黏滞的超流体和无黏滞的超流体,以此来描述超导态的电磁响应。基于三流体模型,我们揭示出丰富的物理行为,包括静磁响应中隧穿深度受散射影响的原因、修正的Ginzburg-Landau方程和同时具有非零能隙和非零电阻的热力学相、以及低频光学响应中由三流体模型描述的光电导。随后,我们展示,规范不变动力学方程提供了一套有效的方法,能够不分伯仲地计算超导体集体激发Nambu-Goldstone模和Higgs模的电磁响应。基于规范不变动力学方程,我们除了恢复出文献中关于这两种集体激发的线性响应的传统结果外,还指出Higgs模的二阶响应完全归因于驱动效应（包括光电场驱动效应和磁矢势抗磁效应）而非文献中广泛认定的磁矢势顺磁效应。同时,我们推得了 Nambu-Goldstone模非零的二阶光学响应,并且发现,由于电荷守恒恒的保护,这一响应可以避免Anderson-Higgs机制的影响从而能够被有效激发。为此我们还提出了一个可能的实验探测方案。接下来,我们展示,规范不变动力学方程提供了一套有效的办法处理散射效应。基于规范不变动力学方程,我们发现,在线性区,散射造成的光吸收可以很好地描述实验上在正常趋肤区脏超导样品中观测到的光学特征。而在二阶区我们指出,散射效应在Higgs模的光学响应信号中造成一个相移,并且该相移在ω=|Δ|处会展现出π跳跃。此外,我们还指出,杂质散射可以在光脉冲结束后造成Higgs模激发的衰减行为。综上,规范不变动力学方程不仅同时囊括了正常流体和超流体的动力学描述,且作为一套规范不变理论,这套方程既能够计算磁场响应也可以处理光学响应,并且可以用于线性响应和非线性响应的研究。由于规范不变性,规范不变动力学方程得以保证对电磁学性质非常关键的电荷守恒。同时,规范不变动力学方程还能够处理超导体中各样集体激发的电磁响应。此外,得益于等时非平衡格林函数方法,我们在规范不变动力学方程构造了完整的微观散射项,因而可以阐述散射效应的影响。除了恢复出许多文献中众所周知的结果外,我们还揭示出超导体电磁响应中更为丰富的物理。所以,规范不变动力学方程实际上提供了一套有效的方法研究/计算超导体的非平衡动力学行为和电磁响应性质,我们因而展望这套方程能够在超导领域揭示更多的丰富物理。最后,我们探索性地将规范不变动力学方程的方法应用到d-波超导体系Higgs模的研究中,以推导呼吸Higgs模和d-波序参量体系独有的旋转Higgs模能谱的解析表达式,并探讨他们的动力学性质包括光学响应、磁场响应以及最近实验上较为关心的赝能隙相中负的热霍尔信号。本论文内容多为解析研究。为方便阅读,正文中只呈现具体的模型和推导后的结果以及图像性的分析,冗长的推导细节则被置于十个附录中。以下,是具体的章节摘要。引子部分,从第1章到第2章,我们研究了双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋动力学。在第1章中,我们首先介绍了二维材料单双层过渡金属硫属化物,以及这类材料中谷动力学（包括自由载流子的谷霍尔效应,激子的谷极化和去谷极化机制）和自旋电子学（包括自旋的注入和探测、时间域自旋弛豫的主要机制,以及理解空间域自旋扩散的模型）的研究进展。特别地,在双层过渡金属硫属化物中,得益于材料特性,K和K’谷的空穴不仅可以通过自旋-层锁定效应实现自旋在实空间的分离,还可以利用手征光学选择定则激发自旋极化。该二维体系因而为探索自旋动力学提供一个理想的平台,并在自旋电子学领域展现出可能的应用前景。由此,理解这一类材料中空穴自旋的弛豫和扩散行为成为了亟待研究的问题。针对这一问题,在第2章中,我们首先介绍自旋电子学领域中的动力学自旋Bloch方程。动力学自旋Bloch方程,是Wu基于等时非平衡格林函数方法将半导体中的光学Bloch方程推广到自旋空间建立和发展起来的。它不仅包含了微观散射效应,还可以处理多体效应。运用动力学自旋Bloch方程,我们研究了双层过渡金属硫属化物中K和K’谷空穴的自旋动力学。考虑到实验上对空穴浓度的电学调控,我们讨论了门电压诱导的Rashba自旋轨道耦合对自旋弛豫和扩散的影响。相比传统的面内形式,双层过渡金属硫属化物中的Rashba自旋轨道耦合多出一个谷依赖的面外分量,从而提供了一个在K和K’谷方向相反的类Zeeman场,由此造成了丰富的自旋动力学行为。对于自旋弛豫,在谷间空穴-声子散射作用下,类Zeeman场为面内自旋打开了一个谷间弛豫通道,其主导了面内自旋的弛豫。对于面外自旋极化,类Zeeman场会与Hartree-Fock有效磁场叠加,后者在两谷方向相同。由此,K和K’谷呈现出不同的总有效磁场强度,从而导致两谷具有不同的自旋弛豫时间。提高温度/浓度以增强谷间空穴-声子散射能够极大地抑制两谷自旋弛豫时间的不同。有意思的是,在大自旋极化的弛豫过程中,我们发现,两谷中原本相同的空穴浓度随着时间演化发生了破缺,致使体系中诱导出谷极化。根据我们的计算,在自旋极化为60%时,这种非平衡谷极化能够超过1%且能持续数百ps,因而有很大可能被实验观测。双层过渡金属硫属化物中的谷内系统,实际上为Zeeman场存在下的Rashba自旋轨道耦合体系。从微观层面研究这一经典体系的自旋扩散无疑具有重要意义,但文献中鲜有对此的研究报道。我们发现,在单谷中,通过调节该谷的总有效磁场强度,面外自旋的扩散行为可以分为四个区域。在不同的区域,自旋扩散长度展现出不同散射、总有效磁场强度和自旋轨道耦合强度的依赖。由于K和K’谷具有不同的总有效磁场强度,两谷因而展现出不同的自旋扩散长度。增强谷间空穴-声子散射则可以抑制两谷自旋扩散长度的不同。此外,在单边固定的大的面外自旋注入下,我们发现,体系沿着扩散方向会建立起稳态的谷极化,与时间域谷极化的产生机制相同。然而,时间域的谷极化会随着谷内散射的增强而减弱,但空间域产生的谷极化能够通过增加杂质浓度来加强。主体部分,从第3章到第11章,我们进入到超导领域,首先研究了平衡态中平移对称破缺超导体系内的超导电性,之后,我们重点探讨了非平衡动力学中超导体的电磁响应性质。针对平衡态的研究,在第3章中,我们首先介绍了 Cooper对的四种对称性分类:偶频单态、奇频单态、偶频三态和奇频三态,以及在空间均匀体系实现后三类非常规Cooper对所需要的对称性破缺。但体系中非常规Cooper对的存在并不能保证非常规超导序参量的产生,这是因为非常规超导电性的产生往往还对配对势的对称性有特殊的要求。之后,我们介绍了超导体中两点格林函数所满足的基本方程:Gorkov方程。该方程包含了体系中所有的信息,所以可作为研究和计算超导态性质的出发点。运用平衡态Gorkov方程,我们介绍了一些可能实现非常规Cooper对/超导电性的具体材料和体系,包括与铁磁体近邻耦合的常规超导体、非中心反演对称的非常规超导体,具有自旋轨道耦合的常规超导体、目前广受争议的非常规超导体Sr2RuO4,和可能具有p-波吸引势的重费米子超导材料。紧接着,我们介绍了在均匀超导体中利用Zeeman效应自发破缺掉平移对称性（产生出Cooper对质心动量）的可能,即Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（FFLO）态。但在各向同性体系中,旋转对称性的自发破缺不利于FFLO态对抗杂质缺陷和热力学涨落。为此,文献中指出,在Zeeman效应作用下,利用自旋轨道耦合造成体系的各向异性,能够使Cooper对质心动量以最优化形成来保证FFLO态的稳定,我们综述了文献中对此的理论进展。在第4章中,运用平衡态Gorkov方程,我们研究了平移对称破缺后,非常规Cooper对和序参量的实现。我们首先从对称性的角度,讨论了平移对称破缺后,实现非常规Cooper对的要求。我们发现,与传统的空间均匀体系中的要求相比,原本难以实现的奇频单态Cooper对在平移对称破缺后会固有地存在,并且平移对称破缺后,只需破缺掉自旋旋转对称性即可实现偶频三态和奇频三态Cooper对。由此我们指出,通过将自旋轨道耦合量子阱与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合,所有四种对称性类型的Cooper对均会在量子阱中出现。在此基础上,通过考虑库仑相互作用的自能以及二维体系中不可避免的plasmon效应计算量子阱中的超导序参量,我们展示体系中可以实现全部四种对称性的超导电性。为具体说明这一情况,我们考虑了与处于FFLO相或存在超流的s-波超导体近邻耦合的InSb（110）量子阱,并推导了四种超导序参量的解析表达式。得益于材料特性,我们推得了s-波的偶频单态序参量、p-波的奇频单态序参量、p-波偶频三态的序参量、以及d-波的奇频三态序参量。特别地,在合适浓度下,常规的s波序参量会受到抑制,此时非常规序参量会占据主导,从而利于实验上的探测。在第5章中,我们研究了自旋轨道耦合s-波超导体中的Fulde-Ferrell态。不同于文献中求解多变量极值的全数值理论工作,我们运用平衡态Gorkov方程解析上求解反常格林函数来得到能隙方程,然后,通过求解基态能关于单个参数即Cooper对质心动量的最小值来确定超导态性质,由此可以对超导态的微观性质进行详细讨论。我们发现,在自旋轨道耦合s-波超导体中,外加磁场可以诱导出两种具有Cooper对质心动量的超导相。具体地,在小磁场下,电子能谱的扭曲可以诱导出Cooper对质心动量,但体系中不存在反常关联消失的非配对区。我们将这一超导相称为drift-BCS态。将磁场进一步增大至某一临界点,体系中出现了非配对区,从而落入Fulde-Ferrell态。我们发现,在临界点附近,质心动量会突然增加,并且序参量会急剧减小,表明体系发生了一级相变。此外,我们还发现了由自旋轨道耦合翻转项导致的Pauli极限的增强,以及因此而造成的存在Fulde-Ferrell态磁场区域的扩大。最后,我们还讨论了自旋轨道耦合诱导的三态Cooper对,并展示Cooper对自旋极化在drift-BCS态和Fulde-Ferrell态呈现出完全不同的磁场依赖,从而为实验上区分两种超导相提供了一种可能的方案。从第6章到第11章,我们从非平衡动力学的角度研究了超导体丰富的电磁响应性质。在第6章中,我们首先介绍最早由Nambu提出的超导体规范结构,以及超导态中规范不变与电荷守恒等价的证明。紧接着,我们介绍了超导体中各样的集体激发,包括Nambu-Goldstone模（序参量相位涨落）和相关的Anderson-Higgs机制、Legget t模（两带超导体中两带序参量相位差涨落）、Tc附近的Nambu-Goldstone模:Carlson-Goldman模、Higgs模（序参量模值涨落）,以及Bardasis-Schrieffer模（轨道角动量不同于平衡态序参量的序参量模值涨落）。此外,我们还介绍了超导体中杂质效应对平衡态的影响:Anderson定理。之后,我们综述了超导体对电磁响应特别是对THz光场响应的实验和理论研究进展。具体地,相关的实验进展包括静磁响应中的Meissner效应,早期用于实验分析的宏观Ginzburg-Landau唯象理论、低频光学响应中由唯象二流体模型描述的光电导行为、还有THz频率范围内,反常和正常趋肤区超导体中不同的光吸收行为、非线性光学响应中的Higgs模激发和相关信号相位的π跃变、以及两带超导体内非线性光学响应中的Leggett模激发。在理论方面的综述中,我们指出,一套完整的电磁响应理论上应当满足如下的四个条件:（ⅰ）既能够计算磁场响应也可以处理光学响应,并且可以用于线性响应和非线性响应的研究,即必须完整地囊括由电场E所致和直接由磁矢势A造成的电磁效应;（ⅱ）能够自恰地推导出超导体内各样集体激发的电磁响应;（ⅲ）能够计算不可避免的散射效应;（ⅳ）应当是规范不变的,即满足Nambu提出的超导体规范结构,这点在超导体中尤为重要。然而,相比于超导领域在过去数十年间不断增加的丰富的实验现象,超导体电磁响应的微观理论,尽管在BCS超导电性理论的框架下已经经过了五十多年的发展,但文献中建立起的各样的理论,包括基于Kubo流流关联推出的反常趋肤区的Mattis-Bardeen理论、Anderson赝自旋图景下推出的Liouville和Bloch方程,半经典的准粒子Boltzmann方程、准经典近似框架下使用τ3-格林函数从Gorkov方程中推出的Eilenberger和Usadel方程、Yu和Wu在等时近似下使用τ0-格林函数建立起的规范不变光学Bloch方程,均无法满足上述全部条件,从而存有一定的不足。在第7章中,我们首先采用规范不变光学Bloch方程方法,讨论了手征p-波超导态的反常霍尔效应。我们证明内禀反常霍尔电导因为伽利略不变性为零,而杂质散射可以诱导出非零的外禀反常霍尔电导。与文献中Kubo费曼图方法给出的线性响应的偏转散射通道相比,我们除了为这一通道提供微观动力学描述外,还揭示出一个新的通道:非线性激发导致的低阶Born贡献。因为难以在准经典方法中处理准粒子关联或在Kubo费曼图方法中囊括非线性效应,这一新的通道在文献中被长期忽视掉了,但该通道在弱杂质相互作用体系会主导反常霍尔电导的产生。最后,受实验上在“金属/铁磁体/超导体”结中观测到的序参量和交换场的隧穿效应的启发,我们还讨论了存在空间依赖磁场时的情况,此时空间平移对称即伽利略不变性的破缺使得内禀反常霍尔电导不再为零。在第8章中,我们发展了规范不变光学Bloch方程,使其囊括进完整的电磁效应和超流动力学,由此建立起超导体规范不变动力学方程。从基本物理出发,我们首先证明,规范不变动力学方程满足Nambu规范结构,因而自然地满足电荷守恒。紧接着,通过使用规范不变动力学方程,我们关注静磁响应和低频光学响应中的电流激发。我们指出,只有当电磁场激发出的超流速度υs超过阈值υL=|Δ|/kF时,体系中才会出现正常流体和散射。有意思的是,我们发现超流体和正常流体电流之间存在摩擦。由于这种摩擦,部分超流体具有了黏滞性,由此我们提出了超导体系在υs>υL时的三流体模型:正常流体、有黏滞的超流体和无黏滞的超流体,以此来描述超导态的电磁响应。对于静磁响应,当υs<υL只存在超流体时,我们严格地恢复出了Meissner超流,并且能隙方程在相变温度附近可以严格约化为Ginzburg-Landau方程。当υs>υL时,静磁响应电流由三流体模型描述。特别地,与超流体中直接被磁通激发出Meissner超流不同,正常流体虽然不受磁通驱动,但在上述提到的与超流体电流的摩擦带动下,正常流体中也会诱导出电流。此时,正常流体电流和有黏滞的超流体电流的存在,使得隧穿深度受到了散射的影响。此外,我们还预言了一个同时具有非零能隙和非零电阻的热力学相。对于光学响应,规范不变动力学方程计算出的正常流体电流呈现出Drude模型行为,而超流体电流包括Meissner超流部分和Bogoliubov准粒子流部分。这样,在低温下,我们严格恢复出了文献中的二流体模型。然而,我们展示,超流体和正常流体的电流之间存在摩擦,使得光电导行为由三流体模型描述。在第9章中,我们展示,规范不变动力学方程提供了一套有效的方法,能够不分伯仲地计算超导体集体激发Nambu-Goldstone模和Higgs模的电磁响应。我们讨论了两种集体激发在线性区和二阶区的光学响应。我们发现,Higgs模的线性响应会在长波极限下消失,因此不在光学实验中显现。而Nambu-Goldstone模的线性响应会与长程库仑相互作用耦合,因此会触发Anderson-Higgs机制,使得该激发模原本无能隙的能谱被有效地提高到高能的plasmon频率,从而无法被有效激发,与文献中的结果一致。二阶响应则呈现出完全不同的物理。一方面,在二阶区可以于长波极限下得到Higgs模非零的光学响应,且在2ω=2Δ0时展现出共振行为,与实验发现一致。我们指出,该二阶响应实际上完全归因于驱动效应（光电场驱动效应和磁矢势抗磁效应）而非文献中广泛认定的磁矢势泵浦效应（顺磁效应）。另一方面,我们也发现了 Nambu-Goldstone模非零的二阶光学响应,并且由于电荷守恒,这一响应会与长程库仑相互作用解耦,从而避免掉Anderson-Higgs机制的影响,因而能够保持原本无能隙的能谱,进而可以被有效激发。我们为此还提出了一个基于Josephson结的可能方案用以实验上的探测。在第10章中,通过规范不变动力学方程,我们讨论了散射效应对正常趋肤区超导体THz光学性质的影响。我们考虑了多周期THz光脉冲驱动中线性和非线性响应的情况。我们展示,线性区散射诱导的光吸收σ1s（ω）可以很好地描述实验上在正常趋肤区脏超导样品中观测到的光学特征,包括低温下σ1s（ω）在ω=2|Δ|处的转变和其在ω<2|Δ|频段随频率下降的上升。此外,我们证明,规范不变动力学方程得到的超导态光电导在T>Tc序参量趋于零时可以严格回到了正常金属中Drude模型或传统Boltzmann方程描述的光电导。尽我们所知,由于在超导态中难以自恰计算散射顶角修正的阶梯图,文献中还没有理论可以在超导态光电导计算中,当温度从T<T.变到T>Tc时恢复出正常态的光电导。所以规范不变动力学方程实际上提供了一套有效的办法处理散射效应。在二阶区我们发现,散射效应在Higgs模的光学响应信号中造成一个相移。特别地,该相移在ω=|Δ|处会展现出明显的π跳跃,从而为实验探测提供了一个明显的特征。最后,通过研究光脉冲结束后Higgs模激发的衰减,我们揭示了由弹性散射引发的弛豫机制。在第11章中,我们探索性地将规范不变动力学方程方法应用到d-波超导体系Higgs模的研究中。我们首先推导了呼吸Higgs模和波序参量体系独有的旋转Higgs模能谱的解析表达式,这为实验上寻找共振频率提供了可能的帮助。之后,我们研究了他们的动力学性质。我们发现,呼吸Higgs模在二阶光学响应中可见,且该过程与光场的极化方向无关。旋转Higgs模在光学响应中不活跃,但我们发现了该集体激发对磁场非零的线性响应,由此可以预期通过磁共振实验来探测旋转Higgs模。特别地,我们还发现,电中性的旋转Higgs模,虽然不能在电学测量中显现,但却可以在赝能隙相中产生负的霍尔热导。这一发现极有可能描述实验上最新在铜基超导体重掺杂赝能隙相中观测到的负的热霍尔信号。我们由此推测,实验中在赝能隙相产生负的热霍尔信号的未知电中性元激发,可能为旋转Higgs模。最后,我们在第12章中对本论文的内容进行了总结。
黄喜[3]（2012）在《量子阱半导体光放大器非线性效应研究》文中研究表明光网络中光信号的传输速率以及处理速率越来越高，对光电子器件提出了更高的要求。光电子器件朝着多功能、低功耗和集成化的方向发展。半导体光放大器（SOA）由于其功耗低、非线性效应丰富以及易于集成等优点，在全光信号处理中有着广泛的用途。但是在不同的应用场合，需要SOA具备不同的性能，这就需要通过优化SOA的材料和结构来适应于各种不同的应用场合。本论文针对SOA在不同功能中的应用需求，基于能带工程对量子阱（QW）SOA有源区中的阱材料、阱宽、量子阱数目等参数进行系统地优化，并结合具体的应用进行了理论和实验研究。本论文取得的研究成果主要有：（1）建立了一套完善的理论分析模型体系，从能带理论出发计算出能带结构（波函数以及对应的能量特征值），为分析光与物质的相互作用提供了理论基础。在数值模型中，我们将材料稳态模型和动态速率模型结合起来，能更加精确的求解QW-SOA的各种非线性效应。（2）通过数值分析，我们提出了一种优化的QW-SOA结构，可以提高带内载流子弛豫速率。这种量子阱结构的主要特征是在导带中的第1子带和第2子带的带隙差为一个纵向光学声子的能量（36meV）。电子与声子的能量交换速率大大增强，从而使得电子在导带中的能量弛豫速率显着增强。（3）基于数值分析，我们提出了一种非对称QW-SOA结构，可以显着地提高增益恢复速率。在有源区中由一个深阱和一个浅阱构成一个小单元，并且两个阱之间的势垒比较薄，两阱之间具有比较高的电子隧穿效率。通过结构的优化设计，小单元中的深阱是‘有源区’，而浅阱是一个比较完美的‘载流子库’，能够对深阱中的载流子进行快速补充，这样可以加速载流子的恢复。（4）我们基于能带理论分析了QW-SOA中的交叉相位调制效应（XPM），交叉增益调制效应（XGM）以及三阶非线性极化率。首先分析了载流子温度和载流子浓度对有源区折射率的影响进而对光信号相位的影响。分析了不同的工作条件下，相位和幅度的变化关系。我们还理论分析了QW-SOA中的两种α因子（αN和αT）。探讨了材料结构，有源区设计以及操作条件对这两种α的影响。同时，还分析了QW-SOA中的三阶非线性极化率。提出一种非对称QW-SOA结构能够显着增强材料三阶非线性极化率。（5）尽管QW-SOA的增益和相位都有比较强的波长相关性，但是我们理论证明了QW-SOA级联光学滤波器的方案可以用于较大波长范围内的同相和反相波长转换。在模拟实验方案中，波长转换器主要是由一个普通的QW-SOA级联一个高斯型光学滤波器（BPF）构成的。我们发现在比较大的波长调节范围内均能得到较好质量的同相和反相波长转换结果。尽管普通的QW-SOA具有比较强的波长相关性，但是BPF可以减轻甚至擦除这种波长相关性。（6）基于理论模型，我们提出一种新型的QW-SOA，由于这种新型的QW-SOA有比较小的线宽增强因子，可以进行归零-差分相移键控（RZ-DPSK）信号的幅度再生。这种QW-SOA最大的特点就是微分增益较大且线宽增强因子比较小。利用这种类型的QW-SOA， RZ-DPSK信号的功率抖动得到了均衡而由QW-SOA有源区所引起的相位抖动比较小。另外一方面，这种QW-SOA还可以通过时隙间插的方法用于双通道和四通道的RZ-DPSK信号的再生。因此可以实现多路信号同时处理。（7）进行了高速波长转换和信号再生的实验研究。通过优化工作条件，我们基于单个普通QW-SOA实现了RZ-DPSK信号的再生。同时我们还进行了双通道RZ-DPSK信号的再生方案实验验证。通过时隙间插的方法对两路有功率抖动的信号同时进行再生。另外，我们也实验验证了基于单个QW-SOA级联光学滤波器实现全光波长转换和多通道广播式波长转换的方案。在这些实验方案中，输出结果均具有比较大的消光比和眼睛张开度。
卢发[4]（2012）在《纤锌矿结构纳米半导体拉曼散射的理论研究》文中研究指明氮化物半导体，具有宽禁带和强束缚能等特点，在量子器件设计中，比GaAs基半导体具有更广阔的应用前景。氮化物半导体的晶体结构有两类：六方晶系（纤锌矿）与立方晶系（闪锌矿）。闪锌矿与纤锌矿晶体的原胞结构、对称性、晶格振动特性以及电子-声子相互作用等在本质上各不相同。由于纤锌矿晶体各向异性的特点，纤锌矿低维半导体系统中存在更多声子模，如除了体声子（LO: Longitudinal-Optical）还有准受限声子模（QC: Quasi-Confned）和半空间声子模（HS: Half-Space）等。众所周知，声子对材料的物理特性具有重要的影响。拉曼散射是研究低维半导体结构中电子特性、晶格振动和磁场特性的强有力工具。有声子参与的拉曼散射，共价晶体的散射效率要比离子晶体高，因为价电子在共价晶体中受限程度相对较弱些且极化率在界面处急剧改变。由于氮化物半导体的化学键是离子键与共价键的混合，所以更加适合用拉曼散射的途径进行研究。本文从理论上研究了纤锌矿结构纳米半导体的拉曼散射。本论文共分为五章。第一章绪论，对纤锌矿材料的一般特点、与闪锌矿半导体的差异、研究现状及其潜在应用进行了简略概括，并对低维半导体系统的拉曼散射理论及其研究现状进行了综述。在第二章中，我们研究了氮化物耦合量子阱中由宏观极化与自发极化所引起的内建电场对电子拉曼散射的影响，分析了散射强度和散射光能量与内建电场的关系，并将所得结果与没有考虑内建电场的耦合量子阱进行了比较。得到了下面的主要结论：在内建电场存在的情况下，系统的微分散射截面小3个数量级，散射光能量出现了红移现象。因此，在以氮化物耦合量子阱为原材料制备光学器件时，应考虑内建电场所带来的影响。在第三章中，我们研究了柱形量子线的一阶拉曼散射。基于介电连续模型和Loudon单轴晶体模型得到了Fr¨ohlich（弗洛里希）电子-声子相互作用表达式。运用量子力学三阶微扰理论推导了微分散射截面的表达式，分析了微分散射截面与量子线尺寸的变化关系以及QC声子特性，给出了选择定则。得到了如下的几个重要结论：在散射配置Z（X,X）Zˉ下，出射共振峰的位置随声子频率改变而改变。在尺寸较大的情况下，表面（SO: Surface-Optical）声子对微分散射截面的影响可以忽略不计，QC声子的散射信号可以与LO相比拟且两者对散射强度的贡献占主导地位。因此，在研究氮化物低维半导体的特性时，如极化子效应，应当考虑QC带来的影响。在第四章中，我们研究了半导体有限深柱形量子阱线中阱材料体声子（LO1）、垒材料体声子（LO2）、QC和界面（IO: Interface-Optical）声子参与的一阶拉曼散射，获得了一系列丰富的拉曼散射光谱。得到几个重要结论：在散射配置Z（X,X）Zˉ下，无论在何种尺寸下，都可以忽略LO2对散射强度的影响。小尺寸下，LO1、QC和IO声子所对应的散射信号比LO2声子的大约108～10；在大尺寸下，可以忽略IO声子对散射过程的影响，而LO1和QC声子对散射截面的贡献仍然占主导。只有在小尺寸的情况下，QC与IO声子的色散关系才明显。当尺寸趋于无穷大时，QC与IO声子的频率分别达到两个极限值，即90.97meV和103.15meV。同时由于拉曼散射尺寸选择效应、量子受限效应与量子斯塔克效应，随尺寸的增大，散射光能量向低能方向移动。第五章总结了本论文所研究的主要内容以及所得到的重要结果，指出论文的不足之处并作出展望。
谷冬霞[5]（2010）在《双量子阱中拉曼散射的理论研究》文中进行了进一步梳理半导体低维结构是近些年来半导体领域的新拓展,它在一个新的水平上有力地推进着半导体的研究和应用。超晶格概念的提出以及半导体超晶格、量子阱、量子线和量子点等低维材料的研制成功,彻底改变了光电器件的设计思想,使半导体器件的设计与制造从过去的“杂质工程”发展到“能带工程”,出现了以“电学特性和光学特性可剪裁”为特征的新领域,使人类跨入到量子效应和低维结构特性的新一代半导体器件时代。因此,了解半导体低维材料的结构和物理性质已成为人们研究的热点。拉曼散射以光子为探针,具有测量方便、快捷、无损伤等优点,是研究半导体低维结构的一种有效手段。通过对各有关散射带频移、线宽、强度和偏振的研究,拉曼散射已成为精确地获取低维量子系统的电子和声子等微观信息方面的强有力工具。本文基于有效质量近似和量子力学二阶微扰理论,从理论上研究了半导体双量子阱体系的电子拉曼散射,通过对拉曼散射光谱的分析,讨论了双量子阱的不对称性、外加电场等对系统光电性质的影响。全文由四章组成。第一章绪论,对半导体低维结构的一般特点及其潜在应用、研究背景、低维体系的拉曼散射理论及其研究现状进行了综述,并对本文研究的内容进行了简略概括。第二章主要研究了双三角形和双矩形量子阱中的电子拉曼散射。采用有效质量近似理论,推导了导带间电子跃迁的微分散射截面的表达式,给出了散射跃迁过程满足的选择定则,通过以GaAs/AlxGa1?xAs材料为例计算了微分散射截面随阱宽及材料的掺杂组分的变化关系,获得了一系列丰富的拉曼散射光谱。研究结果表明:在双三角形量子阱中,随着GaAs/AlxGa1?xAs材料中Al的掺杂组分x的减少,拉曼散射光谱会发生红移;随着量子阱不对称性的增加,散射峰也会发生红移现象。通过研究我们还发现,这种由于不对称性增强引起的散射峰的红移现象在双矩形量子阱中也同样存在。第三章研究了电场作用下双三角形量子阱中的电子拉曼散射。推导了该体系电子拉曼散射微分散射截面的表达式,并给出了选择定则,揭示了微分散射截面与外加电场强度的变化关系,分析了外加电场对量子阱结构的影响。研究结果表明,外加电场的存在相当于使量子阱的不对称性增强;随着外加电场的增大,散射峰会发生红移现象。第四章对全文的主要计算结果及研究结论进行总结,指出不足之处并作出展望。
吴波[6]（2007）在《圆柱形环状量子点中极化子效应的研究》文中研究说明随着晶体技术的发展,如金属有机物化学气相沉积、分子束外延等先进材料生长方法的相继出现,人们能生长出各种形状和结构的低维量子体系,如圆柱形、方形量子阱、量子线、量子点等。由于在这种非均匀的强束缚的量子点体系中,电子波函数可以根据体系的结构进行人为的调节,同时,声子的受限使得系统中的声子模变得相当复杂,所以有必要对此类体系中的声子模及极化子效应进行系统的研究。本文主要研究了半导体圆柱形环状量子点结构中的声子模并在此基础上讨论了其中的极化子效应。本文的第一章概述了异质结、量子阱及低维量子体系的一般特征,并对低维量子体系中的声子模及极化子效应研究的现状进行了综述,最后对半导体圆柱形环状量子点结构中的理论与实验工作作了简要的介绍,提出了本论文的研究方向。在第二章中,推导了自由表面的圆柱形环状量子点中的纵光学声子振动模。低维极性材料在使其中得电子受限的同时,声子也相应地受到限制,具体的声子振动模与低维系统的结构有密切关系。在介电连续近似下,从Maxwell方程组及晶格动力学方程出发,我们推导了体系的各种光学声子模,并将声子场进行了量子化,得到各种声子模的哈密顿及其Fr?hlich电-声相互作用哈密顿,最后引入材料参数作了数值计算,得到了体系中声子模的特征。研究结果显示,在圆柱形环状量子点系统中,纵光学模有类体模（LO模）、顶表面模（TSO模）及侧表面模（SSO模）。类体模被局限在量子环中,纵光学表面模则局限在表面附近,其中顶表面模局限在两个顶表面附近,而侧表面模则局限在内外两个侧表面附近。类体模的频率不存在色散,而顶表面模和侧表面模的频率则随着量子数增加而迅速趋向于同一个固定值,该值介于横光学模和纵光学模的频率之间,且该值与量子点中表面模频率所趋向的值是相同的。在论文的第三章,我们在第二章得到的声子模及电-声相互作用的基础上,引进材料参数,采用微扰理论分别对体系的极化子的结合能进行了数值计算,结果显示,在量子环内半径较小,外半径较大时（这样取值的目的是为了方便与体材料的情形进行比较）,随着高度增加,类体模的贡献逐渐增加至一个稳定值,该值与体材料的极化子自能比较接近,说明我们的理论是合理的。对于表面模的贡献,则是随着高度增加而迅速减少,并且表面模对极化子自能的贡献完全来自于顶表面声子模,侧表面模的贡献恰好为零。
张拥华[7]（2006）在《半导体子带间动力学及THz振荡源研究》文中研究表明太赫兹（THz）辐射下的半导体子带间动力学过程和半导体THz振荡源是当前THz领域的研究热点。THz辐射可强烈影响低维半导体的量子态及其电学与光学特性，同时低维半导体子带间动力学特性也是THz源及相关器件的理论基础。本论文研究了低维半导体在THz场作用下的子带间输运和光学特性，并探索了基于共振隧穿结和超晶格结构的THz振荡源。主要研究内容和结论包括： 1．研究了共振隧穿结的THz开关特性。利用Wigner-Poisson耦合模型计算了双势垒共振隧穿结构的Ⅰ-Ⅴ曲线和瞬态电流密度，并研究了该结构在THz场作用下非稳态动力学特性。结果表明，THz场能够使共振隧穿结构在高低不同的电流态之间快速跃变，跃变的时间为皮秒量级。利用这一特性可研制THz开关器件和THz探测器件。 2．研究了超晶格中的THz布洛赫振荡和共振隧穿结中的THz电流振荡特性。利用传输矩阵和散射态方法计算了厚度梯变超晶格与大尺寸微腔超晶格的透射谱、态密度以及光场分布。结果表明，两种超晶格都能形成倾斜的等能量间距的光子能级，即光学万尼尔-斯塔克阶梯。同时内部光场畴呈现THz布洛赫振荡，振荡频率可通过改变梯度大小或微腔的周期数来调节。根据能级耦合模型，共振隧穿结的量子阱能级和电子浓度分布具有时间依赖性，其电流密度具有THz振荡特性。 3．推导了外加光场作用下的半导体子带间布洛赫方程，并研究了量子阱子带间光吸收特性。吸收峰的位置和形状由不同库仑多体效应引起的集体激发，如费米带边和子带间等离子体，相互竞争共同决定。电子浓度的增加会增强电子之间的库仑相互作用，并改变子带间电子占据数的重新分布，从而改变吸收峰。晶格温度的升高使吸收峰红移同时强度减弱。子带间非抛物性可强烈抑制子带间等离子体效应及其耦合。当外加THz场与子带间跃迁共振耦合时，强THz场会使吸收峰发生分裂，分裂峰的能量差正比于THz场强度。而当外加THz场能量远离子带间跃迁能量时，强THz场会使吸收光谱中出现THz吸收边带。
张立,谢洪鲸[8]（2003）在《n层耦合量子阱中的极化光学声子振动:电-声子相互作用哈密顿（英文）》文中提出在介电连续近似下,推导和讨论了任意层的耦合量子阱系统中的受限纵光学（LO）声子模与界面光学（IO）声子模。为了描述受限纵光学声子的振动,采用了一个正确的LO声子势函数,同时,为了处理系统中的界面光学声子,采用了行列式解线性方程组的方法,得到了量子化的LO与IO声子场以及它们的电-声子相互作用哈密顿.本项工作可以看作是对以前一些工作的普遍化。它提供了一种解决声子效应对多层耦合量子阱系统影响问题的统一方法.
二、n层耦合量子阱中的极化光学声子振动:电-声子相互作用哈密顿(英文)（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、n层耦合量子阱中的极化光学声子振动:电-声子相互作用哈密顿(英文)（论文提纲范文）
（1）非对称Ⅲ-N半导体异质结构中光学声子对电子迁移率及跃迁的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 国内外对Ⅲ-N半导体异质结构相关物性研究进展和存在的问题 |
| 1.1.1 相关材料的特性及在光电器件中应用 |
| 1.1.2 三元混晶和量子阱中光学声子及对电子迁移率的影响 |
| 1.1.3 非对称异质结构中光学声子及对电子迁移率的影响 |
| 1.1.4 异质结构中电子子带间跃迁及光学声子的作用 |
| 1.2 本文的主要研究内容和意义 |
| 第二章 理论模型和计算方法 |
| 2.1 电子态 |
| 2.2 光学声子 |
| 2.3 光学声子对电子迁移率的影响 |
| 2.4 光学声子对电子子带间跃迁的作用 |
| 第三章 纤锌矿非对称结构中电子态 |
| 3.1 非对称AlGaN/GaN量子阱中电子态 |
| 3.2 插入InGaN/GaN层的异质结构中电子态 |
| 3.3 阶梯AlGaN/GaN量子阱中电子态 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 纤锌矿非对称结构中光学声子 |
| 4.1 非对称AlGaN/GaN量子阱中光学声子 |
| 4.1.1 界面光学声子模 |
| 4.1.2 局域光学声子模 |
| 4.1.3 半空间光学声子模 |
| 4.2 插入InGaN/GaN层的异质结中光学声子 |
| 4.2.1 混晶对色散关系的调制 |
| 4.2.2 混晶对界面声子的调制 |
| 4.2.3 尺寸对界面声子的调制 |
| 4.2.4 尺寸对局域声子的调制 |
| 4.3 阶梯AlGaN/GaN量子阱中光学声子 |
| 4.3.1 混晶对界面声子的调制 |
| 4.3.2 混晶对局域声子的调制 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 纤锌矿非对称结构中电子迁移率 |
| 5.1 非对称AlGaN/GaN量子阱中电子的迁移率 |
| 5.1.1 混晶效应 |
| 5.1.2 尺寸效应 |
| 5.1.3 温度效应 |
| 5.2 插入InGaN/GaN层的异质结构中电子的迁移率 |
| 5.2.1 混晶效应 |
| 5.2.2 组合尺寸效应 |
| 5.2.3 右垒尺寸效应 |
| 5.2.4 温度效应 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 THz范围内的声子辅助电子子带间跃迁 |
| 6.1 混晶效应下子带间跃迁 |
| 6.2 小结 |
| 第七章 全文总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表和完成的论文 |
（2）非平衡动力学：从二维材料自旋动力学到超导体的电磁响应（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 引子 |
| 第一章 二维材料过渡金属硫属化物介绍 |
| 1.1 单层过渡金属硫属化物介绍 |
| 1.1.1 哈密顿量 |
| 1.1.2 谷动力学 |
| 1.2 双层过渡金属硫属化物 |
| 1.2.1 哈密顿量 |
| 1.2.2 自旋-层锁定效应 |
| 1.2.3 双层异质结 |
| 1.3 单双层过渡金属硫属化物中的自旋电子学 |
| 1.3.1 自旋极化的产生和探测 |
| 1.3.2 自旋极化的弛豫及稳态扩散 |
| 第二章 双层过渡金属硫属化物中的自旋动力学 |
| 2.1 动力学自旋Bloch方程 |
| 2.2 双层Rashba自旋轨道耦合 |
| 2.3 双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋弛豫 |
| 2.3.1 Zeeman场对自旋弛豫的影响 |
| 2.3.2 模型 |
| 2.3.3 数值结果:自旋弛豫 |
| 2.3.4 数值结果:谷极化的产生 |
| 2.3.5 小结 |
| 2.4 双层过渡金属硫属化物中空穴的自旋扩散 |
| 2.4.1 修正的漂移-扩散模型 |
| 2.4.2 模型 |
| 2.4.3 解析结果:Zeeman场存在下自旋轨道耦合体系中的自旋扩散 |
| 2.4.4 数值结果:自旋扩散 |
| 2.4.5 解析/数值结果:稳态谷极化的产生 |
| 2.4.6 小结 |
| 第三章 超导电性对称性分类介绍 |
| 3.1 平移对称超导体中Cooper对的分类 |
| 3.2 Gorkov方程 |
| 3.3 非常规超导电性 |
| 3.3.1 与铁磁体近邻耦合的常规超导体 |
| 3.3.2 非中心反演对称的非常规超导体 |
| 3.3.3 具有自旋轨道耦合的常规s-波超导体 |
| 3.3.4 争议的非常规超导体Sr_2RuO_4 |
| 3.3.5 可能具有p-波吸引势的重费米超导材料 |
| 3.4 平移对称破缺的Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchimnikov态 |
| 3.4.1 各向同性体系 |
| 3.4.2 各向异性体系 |
| 第四章 与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合的InSb(110)量子阱中的超导电性 |
| 4.1 平移对称破缺超导体中非常规Cooper对的实现 |
| 4.2 与超导体近邻耦合的量子阱 |
| 4.2.1 隧穿近邻效应的理论模型 |
| 4.2.2 实验进展 |
| 4.2.3 诱导出单个质心动量q的可能方法 |
| 4.3 模型和哈密顿量 |
| 4.4 解析分析 |
| 4.4.1 库仑重整的特性 |
| 4.4.2 平移对称破缺超导态InSb(110)量子阱 |
| 4.5 数值结果 |
| 4.5.1 偶频单态 |
| 4.5.2 奇频单态 |
| 4.5.3 偶频三态 |
| 4.5.4 奇频三态 |
| 4.5.5 四种序参量的分离 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 自旋轨道耦合s-波超导体中的Fulde-Ferrell态 |
| 5.1 Cooper对自旋极化 |
| 5.1.1 Cooper对自旋极化的可能实现 |
| 5.1.2 磁电Andreev效应 |
| 5.2 理论模型 |
| 5.2.1 哈密顿量和能隙方程 |
| 5.2.2 基态能 |
| 5.3 数值结果 |
| 5.3.1 确定的Cooper对质心动量方向 |
| 5.3.2 相图 |
| 5.3.3 三态Cooper对和其自旋极化 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 超导体中集体激发及超导电性对电磁场响应的研究进展 |
| 6.1 超导体中的规范变换和电荷守恒 |
| 6.2 超导体中的集体激发 |
| 6.2.1 Namnbu-Goldstone模 |
| 6.2.2 Anderson-Higgs机制 |
| 6.2.3 Leggett模 |
| 6.2.4 T_c附近的Nambu-Goldstone模: Carlson-Goldman模 |
| 6.2.5 Higgs模 |
| 6.2.6 Bardasis-Schrieffer模 |
| 6.3 超导体中杂质效应对平衡态的影响: Anderson定理 |
| 6.4 超导体对电磁场响应的实验进展 |
| 6.4.1 静磁响应: Meissner效应 |
| 6.4.2 低频段的光电导: 二流体模型 |
| 6.4.3 THz频段的线性光学响应: 反常和正常趋肤区 |
| 6.4.4 THz频段的非线性光学响应: Higgs模的激发 |
| 6.4.5 THz频段的非线性光学响应: 信号相位的π跃变 |
| 6.4.6 THz频段的非线性光学响应: Leggett模的激发 |
| 6.5 超导体对电磁场响应的理论进展 |
| 6.5.1 Mattis-Bardeen理论 |
| 6.5.2 Liouville和Bloch方程 |
| 6.5.3 半经典的Boltzrmann方程 |
| 6.5.4 Gorkov方程 |
| 6.5.5 Eilenberger方程 |
| 6.5.6 Usadel方程 |
| 6.5.7 规范不变光学Bloch方程 |
| 第七章 规范不变光学Bloch方程: 手征p-波超导体中的反常霍尔效应 |
| 7.1 文献中的理论进展 |
| 7.1.1 Kubo费曼图方法 |
| 7.1.2 半经典的准粒子Boltzmann方程 |
| 7.2 模型 |
| 7.2.1 哈密顿量 |
| 7.2.2 规范不变光学Bloch方程 |
| 7.2.3 散射项及散射T-矩阵 |
| 7.3 解析分析 |
| 7.3.1 内禀反常霍尔电导 |
| 7.3.2 Berry曲率 |
| 7.3.3 杂质散射导致的外禀反常霍尔电导 |
| 7.4 数值结果 |
| 7.4.1 强杂质相互作用 |
| 7.4.2 弱杂质相互作用 |
| 7.4.3 反常霍尔电导的杂质强度依赖 |
| 7.4.4 横向锥形磁矩引入的内禀通道 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 规范不变动力学方程:超导体中的三流体模型 |
| 8.1 规范不变动力学方程 |
| 8.1.1 规范不变动力学方程的建立 |
| 8.1.2 电荷守恒 |
| 8.1.3 散射项推导 |
| 8.2 三流体模型: 物理图像 |
| 8.3 解析结果: 静磁响应 |
| 8.3.1 响应电流 |
| 8.3.2 序参量性质 |
| 8.3.3 同时具有非零电阻和非零超导能隙的相 |
| 8.4 解析结果: 光学响应 |
| 8.4.1 光电导 |
| 8.5 小结 |
| 第九章 规范不变动力学方程: 集体激发的光学响应 |
| 9.1 模型 |
| 9.1.1 规范不变动力学方程 |
| 9.1.2 解析求解: 响应理论 |
| 9.2 解析结果: 线性响应 |
| 9.2.1 Nambu-Goldstone模 |
| 9.2.2 Hartree场的影响: Anderson-Higgs机制 |
| 9.2.3 Higgs模 |
| 9.3 解析结果: 二阶响应 |
| 9.3.1 Nambu-Goldstone模 |
| 9.3.2 Higgs模 |
| 9.3.3 对相位涨落可能的探测方案 |
| 9.4 小结 |
| 第十章 规范不变动力学方程: 散射对超导体光学响应的影响 |
| 10.1 模型 |
| 10.1.1 简化的规范不变动力学方程 |
| 10.1.2 微观散射 |
| 10.1.3 光脉冲的两种极端情况 |
| 10.2 受迫振荡 |
| 10.2.1 线性响应: 光电导 |
| 10.2.2 二阶响应: Higgs模激发 |
| 10.3 自由衰减 |
| 10.3.1 Anderson赝自旋图景下的简化模型 |
| 10.3.2 Higgs模的衰减 |
| 10.4 小结 |
| 第十一章 规范不变动力学方程: d-波超导体中的Higgs模 |
| 11.1 赝能隙(pseudogap)相和预生成的Cooper对 |
| 11.2 铜基超导体中最近的实验进展 |
| 11.2.1 旋转对称性的自发破缺现象 |
| 11.2.2 赝能隙相中来自未知电中性元激发的热霍尔效应 |
| 11.3 d-波超导体中Higgs模的理论进展 |
| 11.4 模型 |
| 11.4.1 哈密顿量 |
| 11.4.2 规范不变动力学方程方法 |
| 11.4.3 Higgs模的计算 |
| 11.5 解析结果 |
| 11.5.1 呼吸Higgs模 |
| 11.5.2 旋转Higgs模 |
| 11.6 小结 |
| 未济 |
| 第十二章 总结 |
| 附录A 双层过渡金属硫属化物中空穴自旋弛豫的一些补充说明 |
| A.1 公式(2.17)的解析推导 |
| A.2 空穴-声子散射矩阵元 |
| A.3 紧束缚模型下对空穴-声子相互作用的推导 |
| A.4 小自旋极化下的浓度依赖中的库仑峰 |
| A.5 大自旋极化下的温度依赖 |
| A.6 谷极化的推导 |
| 附录B 双层过渡金属硫属化物中空穴自旋扩散的一些补充说明 |
| B.1 自旋扩散的解析分析 |
| B.2 谷极化的解析分析 |
| 附录C 与平移对称破缺s-波超导体近邻耦合的InSb(110)量子阱中的超导电性的一些补充材料 |
| C.1 公式(4.11)的解析推导 |
| C.2 公式(4.27)和(4.28)的推导 |
| C.3 公式(4.29)-(4.32)的推导 |
| C.4 序参量的动量依赖 |
| C.5 四种序参量的浓度依赖 |
| C.5.1 偶频单态序参量库仑重整部分的浓度依赖 |
| C.5.2 奇频单态序参量的浓度依赖 |
| C.5.3 偶频三态序参量的浓度依赖 |
| C.5.4 奇频三态序参量的浓度依赖 |
| 附录D 自旋轨道耦合s-波超导体中的Fulde-Ferrell态的一些补充说明 |
| D.1 自旋轨道耦合依赖 |
| 附录E 动力学方程散射项的推导 |
| E.1 超导态动力学方程散射项的推导 |
| 附录F 手征p-波超导体中的反常霍尔效应的一些补充材料 |
| F.1 规范不变光学Bloch方程 |
| F.2 纵向光电流 |
| F.3 公式(7.48)的解析推导 |
| 附录G 超导体中的三流体模型的一些补充材料 |
| G.1 公式(8.40)的推导 |
| G.2 公式(8.44)的推导 |
| G.3 公式(8.73)的推导 |
| G.4 序参量涨落 |
| 附录H 集体激发的光学响应的一些补充材料 |
| H.1 公式(9.22)和(9.34)的推导 |
| H.2 公式(9.28)的推导 |
| H.3 公式(9.40)和(9.44)以及n~(2ω)的推导 |
| H.4 公式(9.48)的推导 |
| 附录Ⅰ 散射对超导体光学响应的影响的一些补充材料 |
| I.1 公式(10.14)的推导 |
| I.2 光电导解析式(10.20)和(10.21)的推导 |
| I.3 公式(10.25)的推导 |
| I.4 方程(10.33)-(10.35)的解 |
| I.5 公式(10.40)的推导 |
| I.6 相位模的响应 |
| 附录J d-波超导体中的Higgs模的一些补充材料 |
| J.1 d-波超导态的规范不变和电荷守恒 |
| J.2 散射项 |
| J.3 规范不变动力学方程的解 |
| J.3.1 线性响应 |
| J.3.2 二阶响应 |
| J.4 旋转对称性 |
| J.5 霍尔热流 |
| 参考文献 |
| 博士期间发表的论文及会议报告 |
| 致谢 |
（3）量子阱半导体光放大器非线性效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 SOA 发展历程 |
| 1.2 QW-SOA 器件结构 |
| 1.3 SOA 在超高速全光信号处理系统中的应用 |
| 1.4 研究 SOA 非线性的意义 |
| 1.5 本论文的工作 |
| 2 QW-SOA 的数值模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 QW-SOA 有源区材料的选取 |
| 2.3 能带计算的理论背景 |
| 2.4 数值求解薛定谔方程的方法 |
| 2.5 求解 QW-SOA 的动态过程 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于能带工程提高 QW-SOA 的光学性能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 超快增益动态特性及其优化方案 |
| 3.3 带间增益动态特性及其优化方案 |
| 3.4 相位动态特性分析 |
| 3.5 三阶非线性极化率研究 |
| 3.6 线宽增强因子研究 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 基于 QW-SOA 的超高速全光波长转换 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 增益和折射率的波长相关性分析 |
| 4.3 基于 QW-SOA 级联光学滤波器实现超高速全光波长转换 |
| 4.4 高斯型光学滤波器在波长转换方案中的作用 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于 QW-SOA 的 RZ-DPSK 信号幅度再生 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 优化 QW-SOA 的方法 |
| 5.3 单通道 RZ-DPSK 信号幅度再生方案的理论研究 |
| 5.4 双通道以及多通道 RZ-DPSK 信号幅度再生方案的理论研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 基于 QW-SOA 的全光波长转换和 RZ-DPSK 再生实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 全光 80Gb/s 单通道波长转换 |
| 6.3 全光 80Gb/s 广播式波长转换 |
| 6.4 RZ-DPSK 信号再生的实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间所发表的文章列表 |
| 附录 |
（4）纤锌矿结构纳米半导体拉曼散射的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 研究的内容 |
| 第二章 InGaN/GaN耦合量子阱中内建电场对拉曼散射的影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 耦合量子阱的电子态与能级 |
| 2.3 微分散射截面 |
| 2.4 结果和讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 纤锌矿GaN柱形量子线中的一阶拉曼散射 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 量子线的电子态与能级 |
| 3.3 微分散射截面与选择定则 |
| 3.4 结果和讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 GaN/AlN量子阱线中声子参与的拉曼散射 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论推导 |
| 4.2.1 量子阱线中系统的波函数和能量 |
| 4.2.2 微分散射截面与选择定则 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（5）双量子阱中拉曼散射的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 低维半导体材料 |
| 1.2 低维系统的拉曼散射 |
| 1.3 本文研究工作概要 |
| 第二章 双三角形和双矩形量子阱中的电子拉曼散射 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 双量子阱中的电子态 |
| 2.2.1 双三角形量子阱中的电子态 |
| 2.2.2 双矩形量子阱中的电子态 |
| 2.3 微分散射截面 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 电场作用下双三角形量子阱中的电子拉曼散射 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 外电场作用下双三角形量子阱中的电子本征态和本征能量 |
| 3.3 微分散射截面和选择定则 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及完成的工作 |
| 致谢 |
（6）圆柱形环状量子点中极化子效应的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 异质结、量子阱及低维量子体系 |
| 1.2 低维量子体系中的声子模及极化子效应 |
| 1.2.1 声子模 |
| 1.2.2 极化子效应 |
| 1.3 半导体纳米量子环结构 |
| 1.4 本文的结构 |
| 第二章 圆柱形环状量子点结构中的声子模及 Fr?hlich 电-声相互作用哈密顿 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 理论推导 |
| 2.2.1 量子环中的受限纵光学类体声子模 |
| 2.2.2 量子环中的表面声子模 |
| 2.2.2.1 顶表面声子模 |
| 2.2.2.2 侧表面声子模 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 色散关系的讨论 |
| 2.3.2 声子势函数的分布 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 圆柱形环状量子点结构中极化子的性质 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 量子环中的极化子效应 |
| 3.2.1 电子-声子相互作用对电子基态能量的修正 |
| 3.2.1.1 受限体声子模对(LO)电子基态能级的修正 |
| 3.2.1.2 顶表面声子模(TSO)对电子基态能级的修正 |
| 3.2.2 计算结果及讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 总结 |
| 附录A T_(ml)的正交性 |
| 附录B 模的求解公式 |
| 附录C 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的学术会议 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）半导体子带间动力学及THz振荡源研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 THz电磁辐射简介 |
| 1.2 THz电磁辐射的特点及其应用 |
| 1.3 THz研究进展 |
| 1.4 小结 |
| 第二章 基于共振隧穿结构的THz振荡源和THz开关研究 |
| 2.1 半导体量子阱中的电子运动方程 |
| 2.2 量子器件模拟方法 |
| 2.2.1 传输矩阵方法 |
| 2.2.2 Wigner函数方法 |
| 2.2.3 Poisson方程 |
| 2.3 基于共振隧穿结构的THz振荡源 |
| 2.3.1 Wigner-Poisson耦合模型 |
| 2.3.2 共振隧穿结构的Ⅰ-Ⅴ特性 |
| 2.3.3 共振隧穿结构的高频电流振荡特性 |
| 2.4 THz场作用下快速开关特性 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 超晶格中THz布洛赫振荡研究 |
| 3.1 基于超晶格结构的电子布洛赫振荡源 |
| 3.2 超晶格光学布洛赫振荡 |
| 3.2.1 厚度梯变超晶格结构 |
| 3.2.2 大尺寸微腔超晶格结构 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 半导体量子阱子带间光吸收研究 |
| 4.1 子带间载流子动力学理论 |
| 4.1.1 半导体量子阱导带中电子的Hamilton量 |
| 4.1.2 半导体子带间Bloch方程 |
| 4.2 半导体子带间光吸收研究 |
| 4.2.1 库仑效应和非抛物性对光吸收的影响 |
| 4.2.2 晶格温度和电子浓度对光吸收的影响 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 THz场调制的半导体子带间非线性光吸收研究 |
| 5.1 强THz场和弱探测场作用下三子能级Bloch方程 |
| 5.2 THz场对耦合量子阱子带间光吸收的调制 |
| 5.2.1 共振THz场作用下的吸收谱 |
| 5.2.2 非共振THz场作用下的带边吸收 |
| 5.2.3 THz场导致的Anticrosing效应 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 研究成果及发表论文 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 学位论文独创性声明 |
| 学位论文使用授权声明 |
（8）n层耦合量子阱中的极化光学声子振动:电-声子相互作用哈密顿（英文）（论文提纲范文）
| 1 Introduction |
| 2 Theory |
| 2.1 The confined LOi phonon modes |
| 2.2 The interface phonon modes |
| 3 Discussions and Summary |
四、n层耦合量子阱中的极化光学声子振动:电-声子相互作用哈密顿(英文)（论文参考文献）
- [1]非对称Ⅲ-N半导体异质结构中光学声子对电子迁移率及跃迁的影响[D]. 柴雅静. 内蒙古大学, 2021
- [2]非平衡动力学：从二维材料自旋动力学到超导体的电磁响应[D]. 杨飞. 中国科学技术大学, 2021(06)
- [3]量子阱半导体光放大器非线性效应研究[D]. 黄喜. 华中科技大学, 2012(07)
- [4]纤锌矿结构纳米半导体拉曼散射的理论研究[D]. 卢发. 广州大学, 2012(02)
- [5]双量子阱中拉曼散射的理论研究[D]. 谷冬霞. 广州大学, 2010(05)
- [6]圆柱形环状量子点中极化子效应的研究[D]. 吴波. 广州大学, 2007(06)
- [7]半导体子带间动力学及THz振荡源研究[D]. 张拥华. 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）, 2006(02)
- [8]n层耦合量子阱中的极化光学声子振动:电-声子相互作用哈密顿（英文）[J]. 张立,谢洪鲸. 量子电子学报, 2003(06)