量子阱中电子气集体动力学的研究

摘要

近年来，随着纳米科学技术的飞速发展，低维量子体系在激光器、光电器件及量子计算机等方面获得了广泛的应用。人们对低维量子体系（量子阱、量子线、量子点）中粒子集体动力学的研究也产生了浓厚的兴趣。但到目前为止，对量子阱中电子气的集体动力学的研究只局限于简谐势阱中不考虑交换关联效应的情况。因此，本论文主要研究了非简谐量子阱中考虑交换关联效应的电子气的集体动力学特性。论文的研究成果对深层次的理解量子阱中电子气的动力学特性具有一定的指导意义。本论文的主要研究内容和结论如下：
　　首先，对低维量子体系的概念、量子阱的结构及应用、量子阱中电子气的交换关联效应和量子效应做了一些简单的介绍。
　　其次，分两章细致阐述了量子阱中电子气的集体动力学特性。第二章通过建立流体动力学模型，结合变分原理，采用解析和数值相结合的方法，研究了非简谐量子阱中考虑交换关联效应的电子气的集体动力学特性，得到了偶极模和呼吸模两个激发模的解析表达式，讨论了交换关联效应引起的体系的频移现象以及由两模的非线性效应引起的电子气集体激发的周期性塌缩与恢复现象。结果表明，势阱的非简谐性和体系的交换关联效应相互耦合，频移和集体激发的周期性塌缩与恢复现象强剽的依赖于势阱的非简谐性、体系的粒子数、量子效应以及交换关联效应。因此得出，可以通过改变非简谐因子、体系的粒子数、量子效应以及交换关联效应来改变非简谐量子阱中电子气的集体动力学特性。第三章在电子气的流体模型的基础上，分析讨论了周期量子阱中考虑交换关联效应的电子气的能带结构和电流密度。结果表明，体系中的交换关联效应对周期量子阱中电子气的能带结构和电流密度有很大影响：当考虑体系中的交换关联效应时，平均粒子数密度存在一临界值，只有当平均粒子数密度小于这一临界值时，在激发态能带的第一布里渊区边界处能级才会出现燕尾结构。同时，在第一布里渊区边界处基态和激发态的带隙都随着平均粒子数密度的增大而增大。而且，从体系的电流密度曲线可以看出，考虑体系的交换关联效应后，电子气在周期量子阱中出现了隧穿现象，体系的能带结构和电流密度密切相关。
　　最后给出本论文的主要结论和该领域进一步研究的前景．

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第一章 绪论

第二章 非简谐量子阱中电子气的集体动力学

第三章 周期量子阱中电子气的能带结构

第四章 结论与展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间已发表和完成的主要论文

致谢