低維納米結構中的電子態(tài)、聲子態(tài)及熱輸運性質的研究.pdf

1、超晶格、量子阱、量子線和量子點等低維納米結構和材料具有新穎的物理性質和廣泛的應用前景，已成為凝聚態(tài)物理和材料科學中的研究熱點，受到越來越多的關注。與此同時，納米制備和加工技術的迅速發(fā)展，要求更深入地了解納米器件、結構和材料的性質。本文對含結構缺陷超晶格中的局域電子態(tài)(包括表面態(tài))的性質和低維納米結構中的聲子輸運和熱導性質兩個方面作了有益的探索，獲得一些有意義的結果。 在有效質量近似理論下，采用有效壘高方法詳細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動耦合對表面電子態(tài)的影響，同時也討論了擴展電子態(tài)。結果表明，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。這些結果對設計光調制

3、和檢測器等器件有重要的參考意義。 利用復波矢將布洛赫定理運用到多組分超晶格中，推導了計算多組分含結構缺陷超晶格中局域電子能級的公式。從數(shù)值上研究了含結構缺陷的三組分超晶格中局域電子態(tài)的性質，詳細地比較了對稱結構和不對稱結構中局域電子態(tài)的差異。結果表明，結構的對稱性不影響三組分超晶格的微帶結構，而局域電子態(tài)在對稱和不對稱結構中表現(xiàn)出不同的行為。當缺陷層厚度增加時，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、稱結構中，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中聲學聲子的輸運和熱導性質。我們發(fā)現(xiàn)總的聲學聲子透射系數(shù)隨約化頻率的變化關系表現(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，總的熱導為普適的量子化熱導單元。在較高的溫度，熱導與溫度的關系為K/T∝T。此外，彎曲區(qū)域的高度和寬度對熱導有著顯著的影響。 同時，也研究了低溫下，結構不連續(xù)對窄-寬-窄量子波導中

5、聲學聲子輸運和熱導的影響。證明了低溫下聲子輸運具有量子化的特征，應力自由邊界條件允許零模的傳播，這導致彈性聲子與電子的彈道輸運具有不同的特點。計算結果發(fā)現(xiàn)，不同類型的結構不連續(xù)對聲子輸運和熱導的影響很大。在窄-寬-窄結構中，當端線的高度大于主量子波導的寬度時，將存在禁止頻率。結構不連續(xù)對零模的散射導致在低溫區(qū)域熱導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