有限深势阱里量子盘中极化子的基态性质

采用平面波展开、幺正变换和变分相结合的方法推导出有限深势阱里量子盘中极化子的基态能量公式.采用极化子单位进行数值计算,结果表明极化子的基态能量随势垒高度和势垒宽度的增大而增大,原因是势垒愈高、愈宽,电子穿透势垒的可能性愈小,导致电子能量增大,进而导致极化子基态能量增大.数值计算结果还表明极化子的基态能量随量子盘有效受限长度和量子盘半径的增大而减小;声子效应导致极化子能量较电子能量低.

量子盘中的三阶非线性光学极化率

利用密度矩阵方法讨论了量子盘中的三阶非线性光学极化率 ,导出了近共振条件下的三次谐波的解析表达式 ,并以GaAs量子盘为例进行了具体的计算。结果表明 ,GaAs量子盘中的三阶非线性光学极化率要比GaAs量子阱的大几十倍。而且 ,选取适当的参量 ,可在吸收系数相对较小的情况下获得较大的折射率。

磁场对耦合双量子盘中类氢杂质性质的影响

在有效质量近似下,采用简单的变分波函数,定量计算了无限深对称GaAs/AlGaAs耦合双量子盘在沿轴向不同强度磁场的作用下,类氢杂质体系的基态束缚能随量子盘的半径、中心垒厚、盘厚度的变化.发现,体系束缚能由空间限制作用和磁场限制作用共同决定:在空间限制比较弱时磁场强度对束缚能的影响变得更加明显,当空间限制强时磁场对束缚能的影响变得微弱.还发现,由于2个量子盘间的耦合作用使耦合双量子盘的结果比单量子盘结果偏小.在耦合双量子阱的极限条件下所得的结果与前人的结果符合得很好.

有限深抛物势量子盘中极化子的激发态性质

量子点作为一种重要的低维纳米结构,近年来在单光子光源和新型量子点单光子探测器的研究引起了人们的广泛关注,对各种势阱中量子点性质的研究已取得了重要成果.但是大多理论研究都局限于无限深势阱,而有限深势阱更具有实际意义.利用平面波展开、幺正变换和变分相结合的方法研究了有限深势阱中极化子激发态能量及激发能随势阱形状和量子盘大小的变化规律.数值计算结果表明:极化子的激发态能量、激发能随势垒高度或宽度的增大而增大,原因是势垒愈高、愈宽,电子穿透势垒的可能性愈小,电子在阱内运动的可能性愈大,进而导致极化子的激发态能量和激发能均随势垒高度和宽度的增大而增大;极化子的激发态能量和激发能随量子盘半径的增大而减小,表明量子盘具有显著的量子尺寸效应;极化子的激发态能量随有效受限长度的增加而减小,原因是有效受限长度愈大,有效受限强度愈小,电子受到的束缚愈弱、振动愈慢、势能愈小,进而导致基态能量、激发态能量减小;同时由于激发态能量较基态能量减小慢,使得激发能随之增加.研究结果对量子点的应用具有一定的理论指导意义.

磁场和LO声子效应对量子盘中强耦合磁极化子qubit的影响

采用Lee-Low-Pines-Huybrechts变分法研究了外磁场、LO声子效应和量子点厚度对量子盘中电子-LO声子强耦合磁极化子的振动频率和qubit的影响,推导出磁极化子的振动频率λ,量子比特振荡的周期T0和电子的几率分布ρ的表达式。数值计算结果表明,磁极化子基态的振动频率大于激发态的振动频率,λ随ωc和α的增加而增大,随L的增加而减小;T0随受限强度ω0和量子盘厚度L的增加而增大,随电子-声子耦合强度α的增加而减小;ρ随ω0的增加而减小,随L的增加而振荡减小;T0和ρ随ωc和L的变化规律受ω0和α的影响显著。

量子盘中氢化杂质束缚磁极化子的性质

采用Lee-Low-Pines变换法和Tokuda改进的线性组合算符法研究了外磁场和温度对量子盘中氢化杂质束缚强耦合磁极化子性质的影响,推导出了束缚磁极化子振动频率λ和声子平均数N随温度T,外磁场回旋频率ωc,电子-声子耦合强度α,介电常数比η和电子速率u的变化规律。结果表明,磁极化子的振动频率λ随电子-声子耦合强度α,介电常数比η,电子的速率u和外磁场回旋频率ωc的增加而增大,随温度T的升高和量子盘厚度L的增加而减小;磁极化子的声子平均数N随电子-声子耦合强度α,介电常数比η和外磁场回旋频率ωc的增加而增大,随温度T的升高和电子速率u的增加而减小,随量子盘厚度L的增加而振荡减小。

量子盘中量子比特的性质

在考虑电子与体纵光学声子强耦合的条件下,通过求解能量本征方程,得出了量子盘中电子的基态能量和第一激发态能量及其相应的本征波函数;采用幺正变换和元激发理论方法研究了声子效应;并以极化子的基态和第一激发态为基础构造一个量子比特.对KBr量子盘的数值计算表明:量子盘的尺寸效应显著,其能量随半径的减小迅速增大;量子比特内电子的概率密度与空间坐标和时间有关,当角坐标和时间给定时,概率密度随半径的变化而变化,在盘中心位置处电子的概率密度最大,在盘界面处概率密度为零;当半径和时间给定时,概率密度随角坐标的变化而变化;并且各个空间点的概率密度均随时间作周期性振荡.

倾斜磁场中各向异性抛物量子盘的光吸收特性

从理论上研究了倾斜磁场中具有各向异性抛物量子盘的光吸收特性。利用有效质量近似,通过求解量子盘的哈密顿量,得到了量子盘的能级,通过使用密度矩阵理论和迭代法,给出了系统的总光吸收系数。结果表明系统沿x方向上受限势频率ωx、参数η以及磁场倾角θ的变化均会对量子盘的光吸收系数产生明显影响。此外,在一定范围内当受限势频率ωx、磁场倾角θ增大时,总光吸收系数的共振峰位置会向入射光子能量高的区域移动。

极化子效应对量子盘中线性和非线性光吸收系数的影响

利用密度矩阵的方法 ,得出了考虑极化子效应的量子盘的线性和非线性光吸收系数的解析表达式 ,并以GaAs为例讨论了光吸收系数与不同的入射光子能量和量子盘的厚度之间的关系 .结果表明 。

量子盘三电子系统的基态性质

用少体物理的方法，研究了磁场中量子盘三电子系统极化态的基态能量和盘厚之间的关系．随着量子盘厚度的增加，三电子系统中的幻数角动量态即分数量子霍耳效应态将不再出现．结果还表明，幻数角动量消失的量子盘厚度随磁场强度的增加而减小．

Rashba自旋-轨道相互作用影响下量子盘中强耦合磁极化子性质的研究

本文基于Lee-Low-Pines幺正变换法,采用Tokuda改进的线性组合算符法研究了Rashba自旋-轨道相互作用效应下量子盘中强耦合磁极化子的性质.结果表明,磁极化子的相互作用能Eint的取值随量子盘横向受限强度ω0、外磁场的回旋频率ωc、电子-LO声子耦合强度α和量子盘厚度L的变化均与磁极化子的状态性质密切相关;磁极化子的平均声子数N随ωc,ω0和α的增加而增大,随L的增加而振荡减小;在Rashba自旋-轨道相互作用效应影响下磁极化子的有效质量将劈裂为m*+,m*-两种,它们随ωc,ω0和α的增加而增大,随L的增加而振荡减小;在研究量子盘中磁极化子问题时,电子-LO声子耦合和Rashba自旋-轨道相互作用效应的影响不可忽略,但Rashba自旋-轨道相互作用和极化子效应对磁极化子的影响只有在电子运动的速率较慢时显著.

盘型量子点中极化子的温度效应

在考虑电子与体纵光学声子强耦合的条件下,通过求解能量本征方程,得出了盘型量子点中电子的基态能量、第一激发态能量及其相应的本征波函数;采用幺正变换和元激发理论方法研究了圆盘型量子点的声子效应,并讨论了温度对量子盘中极化子性质的影响。数值计算表明:在温度较低时,声子不能被激发,温度对能量无影响,当温度较高时,声子能够被激发,且温度愈高,被激发的声子数愈多,极化子能量愈大;结果还表明基态能量随着电子-声子耦合强度的增大而减小,随量子盘半径的增大而减小,说明量子盘具有明显的量子尺寸效应。

圆盘形石墨烯量子点电子能态的尺寸效应

通过数值求解电子的狄拉克方程研究了半径为R的圆盘形石墨烯量子点的电子能谱,获得了扶手型和锯齿型两种边界的石墨烯量子盘在有、无外加磁场下电子的能级随量子盘半径的变化关系.研究发现,无外加磁场时,电子能级随着量子盘半径的增大而降低,半径越小,降低得越快;在有磁场时,扶手型量子盘出现了简并的最低朗道能级,且半径越大,简并度越高;在有磁场时,锯齿型量子盘随着半径的增大量子数m为正值的能态减少,m为负值的能态增多,即能谱图中出现了能谱往左边倾斜的现象.

盘型量子点中弱耦合极化子的声子平均数

采用修改的线性组合算符和幺正变换的方法研究了在抛物限制势下量子盘中弱耦合极化子的声子平均数.讨论了在弱耦合情况下,电子周围的平均声子数与电子-体纵光学声子耦合强度以及极化子速度的关系.数值计算结果表明:盘型量子点中弱耦合极化子的声子平均数随电子-体纵光学声子耦合强度和极化子速度的增加而增大.

面向远程量子通信的量子中继与量子U盘

量子不可克隆定律赋予了量子通信基于物理学原理的安全性,其代价是长程传输的光子损耗不能使用传统的中继放大器来克服.量子中继及量子U盘是实现远程量子通信的两条可行的技术路线,近期本团队在这两条路线上都取得了显著进展:首次基于吸收型存储器建立多模式量子中继,并将相干光存储时间提升至1 h.本文介绍了量子通信、量子中继及量子U盘的基本原理,在此基础上介绍近期本团队取得的相关成果.

位相共轭、自聚焦等相关效应

O437 2003064151极化子效应对量子盘中线性和非线性光吸收系数的影响 =Polaron effects on linear and nonlinear optical absorptioncoefficients in a quantum disk[刊,中]/刘翠红(北京师范大学物理系和理论物理研究所.北京(100875)),陈传誉…∥物理学报.-2002,51(9).-2022-2028利用密度矩阵的方法,得出了考虑极化子效应的量子盘的线性和非线性光吸收系数的解析表达式,并以GaAs为例讨论了光吸收系数与不同的入射光子能量和量子盘的厚度之间的关系。结果表明,极化子效应对吸收系数有相当的影响。图4参25(杨妹清)O437 2003064152环形光斑激光束在非线性克尔介质中的分束现象=Splittingeffect of circular spot laser beam in a Kerr medium[刊,中]/苗润才(陕西师范大学物理学与信息技术学院.陕西,西安(710062)),叶青…∥物理学报.-2002,51(9).-1927-1932对于非线性克尔介质中的环形斑调制光束,通过数值求解非线性Schr(?)dinger方程,发现当入射光强度超过一定值时,光束在传输过程中发生分束现象。对光分束的阈值、光分束与环半径及半宽度的关系。

固态量子存储器

量子通信发展的最终目标是构建全国乃至洲际的大尺度量子通信网络,然而受限于光子损耗,目前安全量子通信的距离被限制在百公里量级。目前有两种方案可以有效拓展安全量子通信的工作距离,即量子中继方案和量子加密U盘方案。这两套方案所需要的核心器件都是高性能量子存储器,所以针对具体通信方案优化存储器技术指标,演示基于量子存储器的量子通信技术,是现阶段量子通信研究的核心任务。本项目针对以上科学问题及关键技术,以具体应用方案为导向,基于固体中的稀土离子系综研制高性能固态量子存储器。本文主要介绍项目实施以来相关方面的研究内容以及研究进展。