郑州轻工业学院研 究生课程考试考生学号 系、年级科目类别 考试科目考试日期 文献综述一、低维量子结构的应用及其前景随着分子束外延(MBE)、新型人工材料、金属有机化合物气相沉积(MOCVD)等技术的发展人们已 能制造出各种人工纳米结构，如量子点、量子线、量子棒、量子阱等量子结构所谓低维量子结构指 把粒子限制在有限的空间内，产生一些量子力学效应拿电子举例，限制轴电子的运动(即将电子限 制在厚度和电子德布罗意波长相似的尺度内)，则电子在Z轴方向的能级就分立了，就形成二维的量子 阱；限制两个轴，则在Z、X两个方向的能级分立，成了量子线；三维全限制了，则电子完全呈现类原 子的能级分立结构，就是量子点，这些都属于低维量子结构在这些微结构中已实现了用单个电子运 动控制开闭状态的半导体器件，通过巧妙的排列还可能制作微小的功能强大的计算机中央处理器其 中量子点组成的点阵具有相干集体效应，新的声子模式和光电性质以及不可估量的潜在应用前景，因 而量子点系统像半导体超晶格、半导体量子线一半导体物理、材料物理科学、微电子学和光电子领域 得到广泛研究，有可能成为未来纳米级别上的双稳态器件、超微激光器的首选结构下面就这些低维 量子结构在各方面的应用及其前景作一简单介绍。
1 .量子点在生命科学、半导体器件的应用及前景很多现代发光材料和器件都由半导体量子结构所构成，材料形成的量子点尺寸都与过去常用的染 料分子的尺寸接近，因而象荧光染料一样对生物医学研究有很大用途量子点与传统的染料分子相比 具有多种优势，量子点特殊的光学性质使得它在生物化学、分子生物学、细胞生物学、基因组学、蛋 白质组学、药物筛选、生物大分子相互作用等研究中有极大的应用前景QD最有前途的应用领域是在生物体系中作为荧光探针，与传统的荧光探针相比，纳米晶体的激光 光谱宽，且连续分布，而发射光谱呈对称分布且宽度窄，颜色可调，并且光化学稳定性高，不易分解 如果能解决不同材料的量子点偶联问题，就可以用量子点代替很多荧光染料分子，从而在细胞器定位、 信号转导、原位杂交、胞内组分的运动和迁移等研究中发挥巨大作用QD有可能成为筛选药物的有利工具将不同颜色的量子点与药物的不同靶分子结合，可一次性检 测药物的作用靶分子假如一种药物上只展示出兰色、浅绿色、绿色等药效所需作用的靶分子，同时 不显示出橙色、黄色、红色这些代表副作用的靶分子，则说明已成功找到一种有效的药物QD还可应用与医学成像由于可见光最多只能穿透毫米级厚度的组织，而红外光则可穿透厘米级 厚度的组织，因此可将某些在红外区发光的量子点标记到组织或细胞内的特异组分上，并用红外光激 发，就可以通过成像检测的方法来研究组织内部的情况，达到诊断的目的。
QD还可应用于溶液矩阵(solution array)，即将不同的量子点或量子点微粒标记在每一种生物分子 上，并置于溶液中，形成所谓溶液矩阵生物分子在溶液状态下易于保持生物分子的正常三维构象，从 而具有正常的生物功能,这是其优于平面芯片之处量子点中低的态密度和能级的尖锐化，导致了量子点结构对其中的载流子产生三维量子限制效应， 从而使其电学性能和光学性能发生变化，而且量子点在正入射情况下能发生明显的带内跃迁这些性 质使得半导体量子点在单电子器件、存贮器以及各种光电器件等方面具有极为广阔的应用前景采用应变自组装方法直接生长量子点材料，可将量子点的横向尺寸缩小到几十纳米之内，接近纵 向尺寸，并可获得无损伤、无位借的量子点，现已成为量子点材料制备的重要手段之一；其不足之处 是量子点的均匀性不易控制以量子点结构为有源区的量子点激光器理论上具有更低的阈值电流密 度、更高的光增益、更高的特征温度和更宽的调制带宽等优点，将使半导体激光器的性能有一个大的 飞跃，对未来半导体激光器市场的发展方向影响巨大除了采用量子点材料研制边发射、面发射激光 器外，在其他的光电子器件上量子点也得到了广泛的应用2 .量子阱在半导体器件的应用及前景量子阱材料特别是应变量子阱的引入给半导体激光器的发展注入了新的活力，各波段低阈值大功 率的CW半导体激光器相继研制成功，从而推动了相关应用领域的进一步发展。
半导体激光器由于具有体积小，价格低，可以直接调制等优点，已成为光纤通信系统重要组成部 分，大容量光纤通信的发展对半导体激光器提出了更高的要求，而量子阱（特别是应变量子阱）半导 体激光器具有好的动态特性，低的阈值电流，再引入光栅进行分布反馈，成为目前高速通信中最为理 想的激光源半导体光放大器（SLA）无论是在光通信还是在光信息处理技术中都是非常重要的器件， 其发展曾经一度受到EDFA的挑战，但应变量子阱材料的出现使SLA具有宽且平的增益谱，易集成， 低损耗，体积小，价格便宜等优点，使其重新具有了竞争力量子阱特别是应变量子阱材料极大的提高了半导体激光器的性能，拓宽了半导体激光器的应用范 围，相信今后随着新技术新材料的不断发展，量子阱激光器及正在研究的量子线和量子点激光器将会 推动相关应用领域的进一步发展，在社会和科技的进步中起到更加重要的作用3 .量子线和量子箱激光器采用量子线或量子阱结构作为激光器的有源层，有可能实现比量子阱激光器更为优越的性能在 这种多维量子化结构中，电子运动的自由度可能减少到1或0态密度分布尖锐化，能量分布更为集中， 特别是在量子箱中，电子能量完全离散化，呈现被原子捕获的电子相同的状态。
态密度的尖锐化，会 使增益谱变窄，注入载流子对增益的贡献增大，而且由于体积效应，使实现反转分布所需的载流子数 目显著减少，故能大幅度改善激光器的阈值对于光通信应用来说，激光器的调制带宽和谱线宽度等动态特性也是很重要的由于多维量子化 结构对电子的限定作用，也会使之得到改善实现量子线和量子箱激光器的关键之一，在于精确控制 量子结构的尺寸，其偏差对激光器的特性有重大影响，随着尺寸的减少，这个因素也变得越来越重要 尺寸偏差与增益分布的非均匀展宽是等效的，这将降低微分增益二、低维量子结构的研究现状由于量子点具有新颖的物理特性及其潜在的应用前景而越来越受到人们的重视在过去的十几年 里，人们对不同物理环境中的低维半导体结构的量子尺寸效应从理论［1-3］和实验47］上进行了广泛的研 究随着半导体生长技术的发展，人们已能够制造出各种各样的量子点，由于量子点具有许多的新的 光电性质和输运特性及其广泛的应用前景，已成为量子功能器件研究领域中的一个热点量子点中束 缚磁极化子的声子平均数的性质的研究已经引起国内外许多学者的极大兴趣，人们采用各种方法从理 论和实验形的不同角度研究了量子点中磁极化子的性质薛惠杰等［8-9］采用变分法、幺正变换和拉格朗日乘子法，研究了有限温度下纯二维晶体中表面磁极化 子的性质。
李亚利等"I采用线性组合算符和改进的线性组合算符法导出了二维极性晶体中强弱耦合极 化子光学声子平均数，并讨论了光学声子平均数与温度的关系于毅夫、尹辑文等11］采用线性组合算符 和幺正变换方法研究强弱耦合情形下，库仑场中束缚光学极化子的基态能量、振动频率和平均声子数与 温度的关系宝日玛等Ml采用Larsen方法研究了半导体量子点中磁极化子基态能量的温度效应张鹏 等［13］采用Huybrechts线性组合算符法、幺正变换法和变分法，得到了晶体中电子-体纵光学(LO)声子相 互作用系统的有效哈密顿量、振动频率和基态能量并对磁场的两种极限情况进行了讨论丁朝华等14］ 采用Tokuda改进的线性组合算符法和有效质量下的变分法,研究在抛物势作用下，同时考虑电子与LO 声子相互作用时,温度对量子线中强耦合极化子特性的影响丁朝华、赵翠兰等15］采用改进的线性组合 算符法、Lagrange乘子和变分法，在考虑电子与LO声子相互作用情况下，分别研究了抛物量子线中强耦 合和弱耦合两种情况下极化子的有效质量和光学声子平均数的温度依赖性王立国等［16］采用线组合算 符和么正变换研究了磁场对半导体量子点中强耦合磁极化子基态的影响。
陈英杰等［17］采用线性组合算 符和么正变换方法计算了强弱耦合情形束缚光学极化子的基态和第一激发态能量于毅夫、尹辑文等［18］ 采用改进的线性组合算符方法研究了束缚磁极化子的振动频率和有效质量的温度依赖性丁朝华、肖 景林等［19］采用线性组合算符和幺正变换方法研究了抛物形量子点中弱耦合极化子的基态能量和束缚 能陈时华等［20］采用Pekar类型的变分方法研究了抛物量子点中强耦合磁极化子的基态和激发态的性 质额尔敦朝鲁等21］采用线性组合算符和改进的LLP变分法研究了磁场中无限势垒量子阱内电子与界 面光学声子强耦合、与体纵光学声子弱耦合系统的基态陈英杰、肖景林［22］采用组合算符线性和幺正 变换方法研究了抛物量子点中弱耦合束缚磁极化子的振动频率和基态能量乌云其木格等［23］采用线性 组合算符和么正变换方法研究了抛物量子点中强耦合极化子基态的束缚能和电子周围的光学声子平均 数肖景林［24］采用线性组合算符和么正变换方法研究了抛物量子点中强耦合极化子基态的束缚能和电 子周围的光学声子平均数从现状可知，近年来人们对量子点中束缚磁极化子的声子平均数的性质的 研究工作在量子阱、量子点领域已经做了很多，但迄今为止，磁场对量子棒中强耦合磁极化子的回旋 共振频率和声子平均数的研究却未受到人们的广泛关注。
本文将研究量子棒中强耦合磁极化子的回旋 共振频率和平均声子数的磁场特性，为探索和设计新颖的纳米量子结构，发掘其潜在的应用价值，为 器件的设计提供理论模型和物理根据三、本文的主要工作由于半导体量棒系统新奇的物理化学特性，将对新一代量子功能器件的制造和量子信息学的发展 具有深刻的影响，使其在半低维物理的研究中具有重要的基础理论意义和潜在的、巨大的应用价值， 并已成为当前凝聚态物理学中一个十分活跃的研究热点本文将在有效质量近似下，采用Huybrechts 的线性组合算符法和LLP变分法，研究磁场对量子棒中强耦合极化子的回旋频率和平均声子数的影响 为探索和设计新颖的量子结构，发掘其潜在的应用价值，为器件的设计提供理论模型和物理根据参考文献[I] J.L.Marin, R.Rosas, A.Uribe, Am.J.phys.1995, 63:460.⑵ K.R.Brownstein, Phys.Rec. Lett, 1993,71:1427.[3] F.A.P.Osorio,M.H.Degani, O.HIpolito.Phys. Rev.B, 1988, 37:1402.[4] P.Ramvall,S.Tanaka,S.Nomnra,P.Riblet,YAoyagi, Appl.phys.Lett,1998,73:1104.J.[5] J.A.Yater, K.Kash,W.K.Chan,T.S.Ravi,T.J.Gmitter,L.T.Florez,J.P.Harbison. Appl.phys.Lett,1998,65:460.[6] M.Kohl,D.Heitmann, P.Grambow, K.Ploog. Phys.Rev.Lett,1989,63:2164.[7] W.Hansen,T.P.SmithIII,K.YLee,J.A.Brum,C.M.Knoedler,J.M.Hong,D.P.Kern.Phys.Rev.Lett,1989,62:21 68.[8] 薛惠杰，刘伟华，肖景林.有限温度下表面磁极化子的光学声子平均数[J].内蒙古民族大学学报(自 然科学版)，2004,(01).[9] 薛惠杰，刘伟华,肖景林.表面极化子光学声子平均数的磁场和温度依赖性[J].发光学报,2004,(01).[10] 李亚利，陈时华,肖景林.表面极化子光学声子平均数的温度效应[J].内蒙古民族大学学报(自 然科学版)，2004,(01).[II] 于毅夫，尹辑文，肖景林.库仑场中束缚光学极化子的温度效应[J].发光学报,2004,(02).[12] 宝日玛，王秀清，肖景林.半导体量子点中磁极化子基态能修正的温度效应[J].内蒙古民族大学 学报(自然科学版),2004,(05).[13] 张鹏,贾金萍.磁场中光学极化子的性质研究[J].石油大学学报(自然科学版)，2005,(02).[14] 丁朝华，许杰，赵翠兰，肖景林.量子线中强耦合极化子的温度效应[J].发光学报,2008,(02).[15] 丁朝华，赵翠兰，肖景林.抛物量子线中极化子的温度依赖性[J].半导体学报,2006,(21).[16] 王立国，肖景林，李树深.半导体量子点中强耦合磁极化子的性质[J].半导体 报，2004,25(8):937.[17] 陈英杰，肖景林.库仑场中的束缚光学极化子[J].内蒙古民族大学学报(自然科学版), 2003,(03).[18] 于毅夫，尹辑文，陈时华，肖景林.磁场和温度对束缚磁极化子有效质量的影响 [J].发光学报,2004,(05).[19] 王立国，丁朝华，肖景林.抛物形量子点中弱耦合极化子的性质[J].发光学报,2004,(06).[20] 陈时华，肖景林.抛物量子点中强耦合磁极化子的性质[J].发光学报,2004,(04).[21] 陈英杰,肖景林.抛物量子点中弱耦合束缚磁极化子的性质[J].固体电子学研究与进展,2006,(02).[22] 额尔敦朝鲁，乌云其木格，徐秋，白旭芳.磁场中准二维强耦合磁极化子的性质[J].半导体 报,2006,(05).[23] 乌云其木格，肖景林.量子点中极化子的内部激发态性质[J].发光学报,2007,28(1):28.[24] 肖景林，王立国.量子点中强耦合极化子的性质[J].光电子.激光,2003,14(8):886-888.。