激子的應(yīng)用于相關(guān)現(xiàn)象

2016/10/18 9:56:26

在一些發(fā)光二極管和特殊發(fā)光器件的實(shí)際應(yīng)用中，激子發(fā)光是一種重要的發(fā)光機(jī)制，特別是在一些間接帶半導(dǎo)體材料和低維結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料制成的發(fā)光二極管中，激子發(fā)光躍遷被證明往往起著關(guān)鍵性的作用.例如用氮化物材料可制成籃綠光和紫外光發(fā)光二極管.眾所周知，氮化物及其合金中一般缺陷濃度是很大的，但發(fā)光效率卻很高，原因是受到局域化的激子有很高的復(fù)合幾率，使得載流子在到達(dá)非輻射復(fù)合中心之前，就通過激子復(fù)合對發(fā)光作出貢獻(xiàn).人們認(rèn)為，InGaN/GaN量子阱之所以發(fā)光效率很高，與InGaN中存在著組分分凝，甚至形成了量子點(diǎn)，激子發(fā)光得到加強(qiáng)有關(guān)中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所李樹深研究員、夏建白院士在《2006科學(xué)發(fā)展報(bào)告》發(fā)表了一篇題為"激子和相關(guān)現(xiàn)象"的文章。文章指出，早在20世紀(jì)30年代，科學(xué)家就對激子開始了研究。20世紀(jì)60年代以前，人們對激子的研究主要集中在理論方面。激光技術(shù)發(fā)明以后，大大促進(jìn)了人們對激子的實(shí)驗(yàn)研究。特別是飛秒激光技術(shù)日益完善，大大促進(jìn)了人們對激子超快相干過程的研究。20世紀(jì)70年代以前，人們對激子的研究僅限于體材料。隨著低維材料生長與加工技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)的最后20年，低維材料中激子特性的研究成為主流。

信息產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為支柱產(chǎn)業(yè)之一。光電子是信息產(chǎn)業(yè)中的重要領(lǐng)域。在有源發(fā)光器件中，激子發(fā)光占據(jù)重要地位。器件應(yīng)用的牽引作用，也極大地促進(jìn)了人們對激子的廣泛研究。

作者著重對未來重要研究方向及其可能進(jìn)展進(jìn)行了展望:

一

性質(zhì)

受各種波長發(fā)光器件(特別是半導(dǎo)體激光器)需求的市場牽引，近20年來，人們對多種半導(dǎo)體材料(包括低維復(fù)合材料)進(jìn)行了廣泛研究。理論與實(shí)驗(yàn)取得了基本一致的研究成果。預(yù)計(jì)在未來10到20年時間范圍內(nèi)，隨著納米加工技術(shù)的進(jìn)一步提高，各種新型微結(jié)構(gòu)將會源源不斷的涌現(xiàn)出來。這些新型人工微結(jié)構(gòu)中的激子線性和非線性發(fā)光特性的研究仍將是熱點(diǎn)研究內(nèi)容之一。理論與實(shí)驗(yàn)的緊密結(jié)合，將對新型發(fā)光器件的研制提供有力保障。

二

動力學(xué)

對不同種類與結(jié)構(gòu)的材料，激子壽命在皮秒到微秒的范圍內(nèi)。在激子形成后，激子的動力學(xué)行為是到未來若干年內(nèi)熱點(diǎn)研究課題之一。利用超短脈沖技術(shù)，人們可以對特定結(jié)構(gòu)內(nèi)激子態(tài)進(jìn)行有效調(diào)控。制備各種理想激子態(tài)，并對其進(jìn)行相干控制，是人們多年來的追求目標(biāo)，對基礎(chǔ)和應(yīng)用研究都有重要意義。

三

量子信息

量子信息是發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，她是將20世紀(jì)取得巨大成就的經(jīng)典信息理論與量子力學(xué)相結(jié)合后的產(chǎn)物。固態(tài)量子信息是量子信息未來的發(fā)展方向，是量子信息走向?qū)嵱没�的必然目�?biāo)。人們設(shè)想激子態(tài)可以作為量子信息的有效載體。通過不同激子態(tài)之間的糾纏，可以對激子攜帶的量子信息進(jìn)行交換、傳遞和處理。人們已經(jīng)對單個量子點(diǎn)中不同磁激子之間用光激發(fā)誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了激子之間的量子糾纏。距離相近的兩個量子點(diǎn)可以形成所謂的量子點(diǎn)分子，在這種結(jié)構(gòu)中激子的糾纏特性已經(jīng)有了理論研究。用光學(xué)方法，人們已經(jīng)對單個量子點(diǎn)內(nèi)雙激子進(jìn)行了量子邏輯門操作。但無論從理論或?qū)嶒?yàn)角度來看，激子在固態(tài)量子信息中的應(yīng)用研究還剛剛開始。

四

波色

對低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的激子的波色-愛因斯坦凝聚研究是未來的研究熱點(diǎn)之一。關(guān)于固體中激子的波色-愛因斯坦凝聚現(xiàn)象還有許多爭論，理論方法還在發(fā)展中。隨著量子信息研究熱潮的興起，人們提出激子可以作為固態(tài)量子信息的載體之一，低維半導(dǎo)體中激子波色-愛因斯坦凝聚提供了固態(tài)量子信息處理的理想基態(tài)。(摘自科學(xué)出版社出版的《2006科學(xué)發(fā)展報(bào)告》)