矩形量子线中的电-声子相互作用

摘要

本文采用变分法，系统的研究了矩形量子线中的杂质态和激子.计算讨论了无限深势阱中电子－和杂质－声子相互作用对杂质态结合能的影响，并进一步讨论了外加电场对束缚极化子的影响，接着讨论了无限深势阱中电子－和杂质－相互作用对激子结合能的影响，获得的结果主要有：
　　 一、研究了杂质－和电子－LO声子相互作用对矩形极性半导体量子线中束缚极化子结合能的影响.计算结果表明，声子效应明显的减小结合能，因此，它不能被忽略.杂质－声子效应在各种声子效应中起主要作用.在不考虑声子影响时，我们得到的结合能结果与之前的研究结论一致.随着方形量子线截面尺寸大小的减小，声子效应增强，并且明显的减小结合能.声子贡献明显的依赖于矩形量子线的截面形状，当量子线的截面形状变得很扁时，声子贡献明显的变弱。
　　 二、同时引入杂质离子－声子和电子－声子耦合，研究了电场下极性矩形量子线中LO声子对束缚极化子结合能的影响.数值计算结果表明，方形和矩形GaAs量子线中，结合能和声子效应不仅仅依赖于外电场，而且依赖于量子线的截面形状和尺寸大小以及杂质的位置.减小量子线的截面尺寸大小，结合能增加.此外，当杂质在量子线中心时，LO声子降低结合能，当杂质在量子线表面附近时，增强结合能，对于Stark能移，LO声子给出了类似的效应。
　　 三、研究了矩形量子线中激子-LO声子耦合效应对Wannier激子的影响，得到了以下一些结论.由于声子效应对库仑势的屏蔽，激子-声子相互作用减小激子结合能.声子效应对轻空穴激子结合能的影响要比重空穴激子的影响小.声子效应对量子线维数的依赖性很敏感，随着量子线尺寸的减小而增加.Ⅱ-Ⅵ族量子线激子结合能和声子效应要比Ⅲ-Ⅴ族的大.考虑声子贡献后，给出的量子线激子结合能，与实验结果符合得更好.对于GaAs量子线，我们给出的理论结果要比先前的理论结果低，这与实验结果一致.对于ZnSe量子线我们给出的理论结果，定性的与实验一致.值得的注意是，在理论计算中，对于激子-声子相互作用，我们引入了受限LO声子，同时我们采取了沿着量子线的高斯型函数.这些近似可能会得出稍高些的激子结合能.可以通过引入表面(界面)光学声子，和采用在三个方向受束缚的波函数，加以改善。
　　 四、利用变分法研究了LO-和SO-声子效应对矩形极性半导体量子线中束缚极化子结合能的影响.计算结果表明，声子效应明显的减小结合能，因此，它不能被忽略.SO声子对结合能贡献要比LO声子的贡献小.LO-声子效应在各种声子效应中起主要作用.相比于之前只考虑LO声子效应的工作，考虑SO声子后，结合能进一步降低.另外，声子效应导致的介电常数数的修正介于高频介电常数和静介电常数之间。