量子点中双极化子和磁双极化子的研究进展

综述了近年来对抛物线性限制势量子点中强耦合双极化子和磁双极化子的部分研究工作。从抛物量子点中2个电子-声子体系的哈密顿量出发,采用Lee-Low-Pines-Huybrechts变分方法,研究了量子点中强耦合双极化子的振动频率、诱生势和有效势随电子-声子耦合强度、两电子相对距离和量子点半径的变化规律;采用Tokuda改进的线性组合算符法研究了温度和LO声子效应对强耦合双极化子的有效质量和平均声子数的影响。基于Lee-Low-Pines幺正变换,采用Pekar类型变分法研究了抛物量子点中强耦合磁双极化子的内部激发态性质,当考虑自旋和外磁场影响时,研究了二维量子点中强耦合磁双极化子基态的能量、声子平均数以及第一激发态的能量、声子平均数随量子点受限强度、介电常数比、电子-声子耦合强度和磁场的回旋共振频率的变化规律。

基态非简并聚合物中的极化子和双极化子的动力学(Ⅰ)——弱电场下研究

文中模拟了在基态非简并聚合物中的极化子和双极化子在弱电场中的运动,研究了在不同简并参数的系统中极化子和双极化子的动力学稳定性,发现在同一个系统中,双极化子比极化子的运动速度慢,晶格振荡小;在简并参数大的系统中,极化子和双极化子的运动速度都变慢。极化子和双极化子在弱电场下都存在饱和速度,达到饱和速度后,电场的能量发生了转换。

基态非简并聚合物中的极化子和双极化子的动力学(Ⅱ)——强电场下研究

本文模拟了基态非简并聚合物中的极化子和双极化子在强电场中的运动,研究了在不同简并参数的系统中极化子和双极化子的动力学稳定性,发现在强场下简并参数对极化子的稳定性影响不大,极化子晶格畸变的运动滞后于电子的运动,价带上的电子在强电场的激发下参与导电。双极化子在简并参数大的系统中较为稳定。

抛物势量子点中强耦合双极化子量子比特的性质

基于LLP幺正变换,采用Pekar型变分法得到了二维量子点中强耦合双极化子的基态和第一激发态的能量和波函数,进而构造了一个双极化子的量子比特。数值结果表明:在量子比特内,两电子的空间几率密度的时间振荡周期T0随电声子耦合强度α、量子点的受限强度ω0以及介质的介电常数比η的增加而减小;在量子比特内,两电子的空间几率密度Q随时间t、角坐标φ2及介电常数比η的变化而作周期性振荡;两电子在量子点中心附近区域出现的几率较大,而在远离量子点中心区域出现的几率很小。

量子点中双极化子稳定性的研究

基于Lee Low Pines Huybrechts变分理论推导出计算量子点中双极化子的基态能表达式.该理论方法适应于整个电子 声子耦合区域.通过数值计算和理论分析,讨论了量子点中双极化子的存在条件与约束势的关系,发现量子点约束势的加强不利于双极化子的稳定.

齐分子吡咯中极化子和双极化子及其稳定性

采用半经验Austin Model 1(AM1)方法,计算了齐分子吡咯聚合物(PPy)的中性态和带电态的几何结构性质.与中性态相比,带电态下其分子结构表现在C-C键长发生显著改变,单电荷掺杂导致极化子元激发;当掺杂的双电荷随机放置时,出现了两种情况:一种情况下产生双极化子,另一种情况下会产生两个分立的极化子.通过控制链的长度,可实现极化子与双极化子之间的相变,从而揭示出在有机半导体材料中实现自旋极化输运的可能性.

次近邻电子跳跃对顺式聚乙炔中双极化子的电子态和局域振动模的影响

在ＳＳＨ模型的基础上，考虑了次近邻电子跳跃对顺式聚乙炔元激发性质的影响，用数值计算的方法，研究了顺式聚乙炔中双极化子的能谱和电子态及其附近的局域振动模．结果表明：双空穴极化子能谱的电子－空穴对称性被解除，双极化子的电子束缚态数目及附近的局域振动模的数目都发生了改变．

Rashba自旋-轨道耦合下二维双极化子的基态性质

在考虑Rashba自旋-轨道耦合效应下,基于Lee-Low-Pines变换,采用Pekar型变分法研究了量子点中双极化子的基态性质.数值结果表明,在电子-声子强耦合(耦合常数α>6)条件下,量子点中形成稳定双极化子结构的条件(结合能E_b>0)自然满足;双极化子的结合能E_b随量子点受限强度ω_0、介质的介电常数比η和电子-声子耦合强度α的增大而增加,随Rashba自旋-轨道耦合常数αR的增加表现为直线增加和减小两种截然相反的情形;Rashba效应使双极化子的基态能量分裂为E(↑↑),E(↓↓)和E(↑↓)三条能级,分别对应两电子的自旋取向为"向上"、"向下"和"反平行"三种情形;基态能量的绝对值|E|随η和α的增加而增大,随αR的增加表现为直线增加和减小两种截然相反的情形;在双极化子的基态能量E中,电子-声子耦合能所占据的比例明显大于Rashba自旋-轨道耦合能所占比例,但电子-声子耦合与Rashba自旋-轨道耦合间相互渗透、彼此影响显著.

二维强耦合磁双极化子的自旋极化基态性质

基于Lee-Low-Pines变分法研究了抛物量子点中二维强耦合磁双极化子的自旋极化基态性质,推导出磁双极化子的基态能量E0和声子平均数珡N随量子点受限强度ω0、介电常数比η、电子-声子耦合强度α和磁场的回旋频率ωc的变化规律。结果表明,磁双极化子的声子平均数珡N随α、ω0和ωc的增加而增大;磁双极化子的基态能量由两电子的单粒子能量Ee、两电子间库伦相互作用能Ec、电子自旋与磁场相互作用能ES、电子-声子相互作用能Ee-ph四部分组成;电子-声子相互作用能Ee-ph总是小于零,其绝对值随α、ω0和ωc的增加而增大,它是束缚态磁双极化子形成的有力因素;限定势和电子之间的库伦排斥能的存在不利于束缚态磁双极化子的形成;电子自旋-磁场相互作用的效应ES导致基态能级的"精细结构"。

极化子和双极化子在齐聚物中的稳定性

导电聚合物中的元激发稳定性问题对于认识和理解有机材料中的自旋极化输运现象是极其重要的。针对目前存在的极化子与双极化子之间的争论 ,本文从半经验的AustinModel 1(AM 1)方法出发 ,对齐分子噻吩的掺杂态进行了研究。通过对极化子和双极化子体系能量的比较 ,发现双极化子可以转换为极化子 ,从而揭示出在有机半导体材料中可以实现自旋极化输运。

三重态双极化子系统的超导与铁磁共存

采用对称破缺的Hartree平均场近似,讨论了三重态双极化子系统的超导和铁磁共存问题。我们发现,系统的基态是铁磁超导混合态,这与BCS超导的情形不同。在双极化子的低密度区域,只有从正常态到混合态的转变;而在高密度区域,随着温度的降低,系统可能将首先转变到铁磁态,然后转变到铁磁超导混合态。当系统已经具有超导电性时,不可能发生到铁磁态的相变。

双极化子对有机器件磁电阻的影响

由于双极化子为有机材料内有效的载流子,我们利用漂移-扩散方程,研究了有机半导体中自旋极化率随双极化子浓度的变化,进而利用Julliere公式得出磁电阻的变化.发现,有机材料内自旋极化率随双极化子浓度的增加而增加.改变材料内双极化子的比例,可以有效地调节器件的磁电阻.

有机自旋器件磁性渗透层中双极化子对自旋极化输运的影响

根据实验发现的有机器件如Co/有机半导体/La0.7Sr0.3Mn O3中磁性原子渗透现象,利用自旋漂移-扩散方程,理论研究了磁性渗透层中极化子-双极化子的转化对自旋极化输运的影响.研究发现:磁性渗透层具有不同于纯净有机层的迁移率和自旋反转时间,都将影响极化子-双极化子的转化,进而影响自旋极化的输运;在磁性渗透层中极化子自旋反转时间的劈裂是引起自旋弛豫的主要因素,而极化子和双极化子之间的转化是重要因素.

极化子、双极化子中的再激发研究

利用准一维紧束缚近似,理论上研究了极化子和双极化子中的再激发,分析了再激发态的物理性质。极化子激发后可能形成局域性更强的扭结、双极化子、激子态。双极化子激发后能够形成极化子、双极化子、双激子态。从中可以发现,有机聚合物中的载流子(极化子、双极化子)能够相互转换。电荷—自旋关系在光激发下能够发生变化。

量子阱中的双极化子

在同时考虑电子与ＬＯ声子及ＩＯ声子相互作用的情况下，用ＬＬＰ正则变换的方法研究了半导体量子阱中双极化子的性质．给出了由于电子－ＬＯ声子及电子－ＳＯ声子相互作用而产生的诱生势，并且以ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ为例进行了数值计算．通过计算可得出如下结论：（１）双极化子的诱生势可以分为两部分，其中一部分仅与一个电子的坐标ｚ１（ｚ２）有关，另一部分则不仅与两个电子的坐标ｚ１和ｚ２都有关，还与两个电子间的相对距离ρ有关；（２）诱生势ＶＩＬ（ρ）和ＶＩ，σ（ρ）的绝对值随着双极化子中两个电子间相对距离ρ的增加而减小；（３）由于电子与ＩＯ声子相互作用而产生的诱生势ＶＩ，σ（ρ）的绝对值随量子阱宽度Ｎ的增加而减小．

过苯胺黑聚合物的双极化子态

利用改进的Ginder-Epstein模型研究聚苯胺黑的双极化子态,给出其键序波幅、芳环扭角、电子能级、理论吸收谱和电荷分布,并与极化子进行对比.结果发现双极化子激发能为3.08eV,晶格驰豫宽度涉及12格点与极化子相当;键交错驰豫深度大约为极化子的2倍,畸变中心芳环扭角高达68.35°大于极化子中心扭角的2倍.两个能隙态几乎简并,吸收谱低能峰为1.6eV.

聚合物中双极化子和激子的碰撞过程研究

采用非绝热的分子动力学方法数值模拟了一条聚合物链中双极化子和激子的碰撞过程。研究发现双极化子和激子的反应主要存在两个通道:一个通道是生成极化子和极化子激发态,另一个通道是双极化子和激子彼此转换,其中并无新产物。在第一个反应通道中,激发态的极化子可以通过辐射跃迁回到基态,这个过程中释放一个光子。所以,双极化子和三重态激子的碰撞将有助于提高聚合物的发光效率。

固体中的极化子与双极化子

离子晶体通常具有较高的介电常数,带电粒子在晶体中会引起介电极化,其作用相当于一个可以束缚粒子的势阱.若粒子在势阱中的状态是稳定的,就有可能形成所谓的极化子与双极化子.本文采用一种简化的处理方法,将晶体材料当作各向同性的均匀介质,主要利用经典物理图像和三维量子谐振子模型,分别计算了介质中极化子与双极化子的基态能量,并进行了简要的理论分析.

双极化子体系核磁弛豫的理论研究

本文研究了双极化子体系在随机行走模型下的核磁弛豫,给出了Heitler-London三重态双极化子(HLTB)的自旋晶格和自旋自旋弛豫时间与Larmor频率的关系式。从这些关系式中得知用核磁共振方法无法检测到双极化子体系中非四极核的信号。

关于双极化子模型的一个注记

本文对双极化子的一个简单模型作了重新考虑;证明由于电声子相互作用,为了保证模型系统的总能量为稳定的极小声子系统必然处在一种新的相干态。作为推论,我们论证了单态双极化子作为系统的稳定基态组态的可能性要比以往一些作者所认为的大得多。