第一课 抛物量子点中强耦合磁双极化子内部激发态性质.pdf

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．2(2014) 027501 抛物量子点中强耦合磁双极化子内部激发态性质冰 额尔敦朝鲁1)t 白旭芳2) 韩超 ) 1)(河北科技师范学院物理系，秦皇岛 066004) 2)(内蒙古民族大学物理与电子信息学院，通辽 028043) (2013年 l0月6日收到；2013年 10月24日收到修改稿) 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 白旋和外磁场影响时，推导出二维量子点中强耦合磁双极化子基态 的能量 ，声子平均数 Ⅳ0以及第一激发态的能量E1，声子平均数Ⅳ1随量子点受限强度 0，介 电常数 比卵，电子一声子耦合强度 和磁场的回旋共振频率uc的变化规律．结果表明，磁双极化子的基态能量 和第一激发态能量E1由两 电 子的单粒子能量EE，两 电子间库仑相互作用能Ec，电子 自旋与磁场相互作用能B 和 电子一声子相互作用能 ． 。h四部分组成；单粒子 轨“道”运动与磁场相互作用导致了第一激发态能级E1分裂为 }H ， 两 条，而电子 白旋一磁场相互作用的效应又使基态和第一激发态的各能级均产生了三条 “精细结构”；No和Ⅳ1 随u0，OL和 的增加而增大， 一。h的取值总是小于零，其绝对值随 ，0和 的增加而增大；电子一声子相 互作用的效应是束缚态磁双极化子形成的有力因素，而限定势和电子之间的库仑排斥能的存在不利于束缚态 磁双极化子的形成；能量为 的磁双极化子要比能量为 H 的磁双极化子更容易且更稳定地处于束 缚态． 关键词：量子点，磁双极化子，内部激发态 PACS：78．67．Hc，71．38．k，71．38．Mx DOI：10．7498／aps．63．027501 子计算的方案引起了人们的广泛关注．Loss等 [，0】 1 引 言 研究了利用耦合单量子点的白旋态实现量子计算 机 的方案．Harju等 [10]研究了磁场下双 电子量子 随着微纳制造技术的出现和 日臻发展，极大 点分子的总 自旋随磁场强度和量子点间距离变化 地推动 了人们对低维系统的广泛研究 [1-a】，尤其 的位相图，从物理上证明了这种双电子量子点分子 是近年来对纳米半导体量子点的研究更为引人瞩 有可能被用来实现一个量子计算的基本单元qubit． 目[4-61，已成为量子功能器件研究领域的一个热 陈早生等 l【1]研究了磁场中二维有限深抛物形量子 点．量子点是一种人造微结构，人们通过控制门电 点中双 电子的电子态，发现系统的基态总 自旋S可 压，可 以使量子点内的电子从1开始逐个增加，从 以通过改变磁场 的大小进行调制，由此可以设计利 而形成少电子系统．具有电子一电子关联的最简单 用S=0和S=1两个 自旋态组成一个量子 比特． 量子点包含两个 电子，两个 电子量子点也称为氦量 由于在离子晶体或极性半导体量子点结构中， 子点或量子点分子，Kastner等 【】又把量子点比拟 两个相同的电子通过声子场相互作用，能够形成 为 “人造原子’而其维度、约束势的形状、能级结 双极化子的束缚态 [12]．这类研究有助于对低维 构和被约束 电子的数 目的可控性又使量子点迥异 纳米结构中的电子一声子相互作用的深入理解，另 于一般的分子和原子．因此，可 以利用人工控制其 ～ 方面，它与铜氧化物高温超导体的双极化子机 系统参量的量子点来构造qubit，从而实现固