低維納米結(jié)構(gòu)中的電子態(tài)、聲子態(tài)及熱輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、超晶格、量子阱、量子線和量子點等低維納米結(jié)構(gòu)和材料具有新穎的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景，已成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)中的研究熱點，受到越來越多的關(guān)注。與此同時，納米制備和加工技術(shù)的迅速發(fā)展，要求更深入地了解納米器件、結(jié)構(gòu)和材料的性質(zhì)。本文對含結(jié)構(gòu)缺陷超晶格中的局域電子態(tài)(包括表面態(tài))的性質(zhì)和低維納米結(jié)構(gòu)中的聲子輸運(yùn)和熱導(dǎo)性質(zhì)兩個方面作了有益的探索，獲得一些有意義的結(jié)果。 在有效質(zhì)量近似理論下，采用有效壘高方法詳細(xì)地研究了含包覆層的半

2、無限超晶格中電子縱向和橫向運(yùn)動耦合對表面電子態(tài)的影響，同時也討論了擴(kuò)展電子態(tài)。結(jié)果表明，表面電子能級，特別是能量較高的表面態(tài)的存在和特征，以及微帶和微隙的位置和寬度都強(qiáng)烈地依賴于橫向波數(shù)。包覆層的厚度和摻雜濃度，以及基底的成分都能顯著地影響表面電子態(tài)。在外磁場作用下，磁耦合效應(yīng)不僅引起表面電子能級的量子化，而且表面電子能級的大小及其局域程度也依賴于磁場的大小和朗道指數(shù)。表面電子態(tài)的局域程度可以用布洛赫波數(shù)虛部來表征。這些結(jié)果對設(shè)計光調(diào)制

3、和檢測器等器件有重要的參考意義。 利用復(fù)波矢將布洛赫定理運(yùn)用到多組分超晶格中，推導(dǎo)了計算多組分含結(jié)構(gòu)缺陷超晶格中局域電子能級的公式。從數(shù)值上研究了含結(jié)構(gòu)缺陷的三組分超晶格中局域電子態(tài)的性質(zhì)，詳細(xì)地比較了對稱結(jié)構(gòu)和不對稱結(jié)構(gòu)中局域電子態(tài)的差異。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的對稱性不影響三組分超晶格的微帶結(jié)構(gòu)，而局域電子態(tài)在對稱和不對稱結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出不同的行為。當(dāng)缺陷層厚度增加時，局域電子態(tài)在每個微隙中周期性出現(xiàn)，其數(shù)目隨微隙指數(shù)的增大而增加；在對

4、稱結(jié)構(gòu)中，每個微隙中局域電子能級的宇稱是奇偶交替變化的。 采用散射矩陣方法，研究了低溫下雙彎曲量子波導(dǎo)中聲學(xué)聲子的輸運(yùn)和熱導(dǎo)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)總的聲學(xué)聲子透射系數(shù)隨約化頻率的變化關(guān)系表現(xiàn)為一系列的共振峰和谷，在某些參數(shù)下，將出現(xiàn)禁止頻隙。在零溫時，總的熱導(dǎo)為普適的量子化熱導(dǎo)單元。在較高的溫度，熱導(dǎo)與溫度的關(guān)系為K/T∝T。此外，彎曲區(qū)域的高度和寬度對熱導(dǎo)有著顯著的影響。 同時，也研究了低溫下，結(jié)構(gòu)不連續(xù)對窄-寬-窄量子波導(dǎo)中

5、聲學(xué)聲子輸運(yùn)和熱導(dǎo)的影響。證明了低溫下聲子輸運(yùn)具有量子化的特征，應(yīng)力自由邊界條件允許零模的傳播，這導(dǎo)致彈性聲子與電子的彈道輸運(yùn)具有不同的特點。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同類型的結(jié)構(gòu)不連續(xù)對聲子輸運(yùn)和熱導(dǎo)的影響很大。在窄-寬-窄結(jié)構(gòu)中，當(dāng)端線的高度大于主量子波導(dǎo)的寬度時，將存在禁止頻率。結(jié)構(gòu)不連續(xù)對零模的散射導(dǎo)致在低溫區(qū)域熱導(dǎo)從零溫時的基本量子單元值下降。 另外，在弛豫時間近似下，提出了計算中空納米線中邊界對聲子散射幾率的公式，從數(shù)值上研究