激子的應用于相關現(xiàn)象

2016/10/18 9:56:26

在一些發(fā)光二極管和特殊發(fā)光器件的實際應用中，激子發(fā)光是一種重要的發(fā)光機制，特別是在一些間接帶半導體材料和低維結構半導體材料制成的發(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合幾率，使得載流子在到達非輻射復合中心之前，就通過激子復合對發(fā)光作出貢獻.人們認為，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，激子發(fā)光得到加強有關中國科學院半導體研究所李樹深研究員、夏建白院士在《2006科學發(fā)展報告》發(fā)表了一篇題為"激子和相關現(xiàn)象"的文章。文章指出，早在20世紀30年代，科學家就對激子開始了研究。20世紀60年代以前，人們對激子的研究主要集中在理論方面。激光技術發(fā)明以后，大大促進了人們對激子的實驗研究。特別是飛秒激光技術日益完善，大大促進了人們對激子超快相干過程的研究。20世紀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的進步，20世紀的最后20年，低維材料中激子特性的研究成為主流。

信息產業(yè)迅速發(fā)展，已經成為支柱產業(yè)之一。光電子是信息產業(yè)中的重要領域。在有源發(fā)光器件中，激子發(fā)光占據重要地位。器件應用的牽引作用，也極大地促進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展進行了展望:

一

性質

受各種波長發(fā)光器件(特別是半導體激光器)需求的市場牽引，近20年來，人們對多種半導體材料(包括低維復合材料)進行了廣泛研究。理論與實驗取得了基本一致的研究成果。預計在未來10到20年時間范圍內，隨著納米加工技術的進一步提高，各種新型微結構將會源源不斷的涌現(xiàn)出來。這些新型人工微結構中的激子線性和非線性發(fā)光特性的研究仍將是熱點研究內容之一。理論與實驗的緊密結合，將對新型發(fā)光器件的研制提供有力保障。

二

動力學

對不同種類與結構的材料，激子壽命在皮秒到微秒的范圍內。在激子形成后，激子的動力學行為是到未來若干年內熱點研究課題之一。利用超短脈沖技術，人們可以對特定結構內激子態(tài)進行有效調控。制備各種理想激子態(tài)，并對其進行相干控制，是人們多年來的追求目標，對基礎和應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科，她是將20世紀取得巨大成就的經典信息理論與量子力學相結合后的產物。固態(tài)量子信息是量子信息未來的發(fā)展方向，是量子信息走向實用化的必然目標。人們設想激子態(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行交換、傳遞和處理。人們已經對單個量子點中不同磁激子之間用光激發(fā)誘導實現(xiàn)了激子之間的量子糾纏。距離相近的兩個量子點可以形成所謂的量子點分子，在這種結構中激子的糾纏特性已經有了理論研究。用光學方法，人們已經對單個量子點內雙激子進行了量子邏輯門操作。但無論從理論或實驗角度來看，激子在固態(tài)量子信息中的應用研究還剛剛開始。

四

波色

對低維半導體結構中的激子的波色-愛因斯坦凝聚研究是未來的研究熱點之一。關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)。(摘自科學出版社出版的《2006科學發(fā)展報告》)