凝聚態(tài)體系中類氫雜質(zhì)原子的量子混沌動力學(xué)研究.pdf

1、量子混沌是二十世紀(jì)七十年代伴隨著經(jīng)典混沌與量子力學(xué)的蓬勃發(fā)展而出現(xiàn)的一門新興學(xué)科，其主要研究內(nèi)容是：闡明在經(jīng)典世界里普遍存在的混沌現(xiàn)象，在量子力學(xué)里有哪些表現(xiàn)形式?經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，人們在量子混沌的研究中取得了一系列豐碩的成果，發(fā)現(xiàn)了三類與經(jīng)典混沌有關(guān)的量子現(xiàn)象：非定態(tài)波函數(shù)的時間演化特征、能級分布的統(tǒng)計特征及能量本征波函數(shù)的形態(tài)特征，初步顯現(xiàn)了量子混沌這門新興學(xué)科的旺盛生命力。得益于激光技術(shù)的發(fā)展，在過去的數(shù)十年中，高激發(fā)態(tài)原子在磁場

2、中的非線性行為一直是量子混沌研究中實驗與理論結(jié)合的典范。然而，關(guān)于凝聚態(tài)體系中雜質(zhì)原子的混沌狀態(tài)或混沌狀態(tài)的可能性，國內(nèi)外均未見任何報道，對其混沌行為的研究長期處于空白狀態(tài)。在本論文中，以高純單晶硅中的類氫淺雜質(zhì)磷為對象，采用具有超高靈敏度與光譜分辨率的光熱電離光譜技術(shù)，研究了雜質(zhì)電子在磁場作用下的各種量子混沌效應(yīng)。具體研究內(nèi)容包含以下兩部分：
　　 (一)半導(dǎo)體中類氫淺雜質(zhì)在磁場作用下的準(zhǔn)朗道共振現(xiàn)象研究。通過采用高純度摻磷n

3、型單晶硅樣品，避免了雜質(zhì)原子間的相互作用，實現(xiàn)了對孤立雜質(zhì)原子量子混沌效應(yīng)的研究。通過掃描樣品在不同磁場下的光譜響應(yīng)，我們在磷雜質(zhì)零場電離閾值附近的高能區(qū)觀察到了代表雜質(zhì)電子量子混沌運動的準(zhǔn)朗道共振現(xiàn)象，并通過B‖k‖<111>與B‖k‖<100>兩種不同實驗配置的選擇，研究了硅能帶各向異性對雜質(zhì)電子量子混沌動力學(xué)的影響。理論上，通過有效質(zhì)量近似及類氫模型的使用，把針對真實原子體系的閉合軌道理論推廣到了各向異性固體環(huán)境中的雜質(zhì)原子體系，

4、并通過數(shù)值計算的方法找出了與雜質(zhì)電子準(zhǔn)朗道共振現(xiàn)象相關(guān)的各種閉合軌道，從理論上對雜質(zhì)原子的準(zhǔn)朗道共振行為作了很好的解釋。
　　 (二)半導(dǎo)體中雜質(zhì)電子量子混沌運動的能譜統(tǒng)計學(xué)研究。得益于高純樣品的使用及光熱電離光譜技術(shù)的超高靈敏度與光譜分辨率，從實驗上分辨出了高純硅中磷雜質(zhì)的一系列雜質(zhì)能級，并在此基礎(chǔ)上用能譜統(tǒng)計的方法開展雜質(zhì)電子量子混沌效應(yīng)的研究。先后統(tǒng)計了反映系統(tǒng)能級間近程關(guān)聯(lián)性的最近鄰能級間距分布與反映系統(tǒng)能級間遠程關(guān)聯(lián)性