Biexciton - Biexciton - Wikipedia

İçinde yoğun madde fiziği, Biexcitons iki ücretsiz eksitonlar.

Biexcitons oluşumu

Kuantum bilgi ve hesaplamada, kuantum durumlarının tutarlı kombinasyonlarını oluşturmak esastır. Temel kuantum işlemleri, fiziksel olarak ayırt edilebilen kuantum bitleri dizisi üzerinde gerçekleştirilebilir ve bu nedenle basit bir dört seviyeli sistemle gösterilebilir.

Optik tahrikli bir sistemde ve devletler doğrudan uyarılabilir, üst kısımların doğrudan uyarılması temel durumdan seviye genellikle yasaktır ve en etkili alternatif, tutarlı dejenere olmayan iki foton uyarımıdır. veya bir ara durum olarak.[1][2]

Tek bir model kuantum noktaları. biexciton bağlanma enerjisidir

Biekscitonların gözlemlenmesi

Biexcitonları gözlemlemek için üç olasılık vardır:[3]

(a) bir-eksiton biexciton bandına bant (pompa-araştırma deneyleri);

(b) ışığın temel durumdan bieksciton durumuna iki foton absorpsiyonu;

(c) ışıldama yoğun bir eksiton sistemindeki iki serbest eksitondan oluşan bieksiyton durumundan.

Biexcitonların bağlanma enerjisi

Biexciton bir yarı parçacık iki eksitondan oluşur ve enerjisi şu şekilde ifade edilir:

nerede bieksciton enerjisidir, eksiton enerjisidir ve bieksciton bağlanma enerjisidir.

Bir biexciton yok edildiğinde, serbest bir eksiton ve bir fotona parçalanır. Biexciton bağlanma enerjisi ile fotonun enerjisi biekscitonunkinden daha küçüktür, bu nedenle bieksciton ışıldama tepe eksiton tepe noktasının düşük enerjili tarafında görünür.

Yarı iletkende biexciton bağlanma enerjisi kuantum noktaları kapsamlı bir teorik çalışmanın konusu olmuştur. Bieksciton, iki elektron ve iki deliğin bir bileşimi olduğundan, dört cisim problemini uzamsal olarak kısıtlı koşullar altında çözmeliyiz. CuCl için bieksciton bağlanma enerjileri kuantum noktaları, site seçici tarafından ölçüldüğü gibi ışıldama yöntem azaldıkça arttı kuantum noktası boyut. Veriler, işlev tarafından iyi uydurulmuştur

nerede biexciton bağlayıcı enerjidir, yarıçapı kuantum noktaları, dökme kristalin bağlanma enerjisidir ve ve uygun parametrelerdir.[4]

Biexcitonların bağlanma enerjisini açıklamak için basit bir model

Etkili kütle yaklaşımında, Hamiltoniyen iki elektron (1, 2) ve iki delikten (a, b) oluşan sistemin

nerede ve sırasıyla elektronların ve deliklerin etkili kütleleridir ve

nerede gösterir Coulomb etkileşimi yüklü parçacıklar arasında ve ( Biexcitondaki iki elektronu ve iki deliği gösterir)

nerede malzemenin dielektrik sabitidir.

İfade eden ve c.m. Biexciton'un sırasıyla koordinatı ve göreceli koordinatı ve ... etkili kütle eksiton, Hamiltonyan

nerede ; ve sırasıyla elektron ve delik arasındaki göreceli koordinatlara göre Laplacians'tır. c arasındaki göreceli koordinata göre. m. eksitonların ve c ile ilgili olarak. m. koordinat sistemin.

Exciton Rydberg birimlerinde ve Bohr yarıçapı Hamiltonian boyutsuz biçimde yazılabilir

nerede c'nin kinetik enerji operatörü ihmal edilerek. m. hareket. Ve olarak yazılabilir

Biexciton kompleksinin bağlı durumları problemini çözmek için dalga fonksiyonlarını bulmak gerekir. dalga denklemini tatmin etmek

Özdeğer elde edilebilir, biekscitonun bağlanma enerjisi de elde edilebilir

nerede biekscitonun bağlanma enerjisidir ve eksitonun enerjisidir.[5]

Biexcitonların bağlanma enerjilerinin sayısal hesaplamaları

difüzyon Monte Carlo (DMC) yöntemi, biexcitonların bağlanma enerjilerini etkin kütle yaklaşımı dahilinde hesaplamak için basit bir yol sağlar. Dört ayırt edilebilir parçacıktan (örneğin, bir spin-up elektronu, bir spin-down elektron, bir spin-up deliği ve bir spin-down deliği) oluşan bir bieksciton için, temel durum dalga fonksiyonu başsızdır ve dolayısıyla DMC metodu tam. DMC hesaplamaları, yük taşıyıcılarının Coulomb etkileşimi yoluyla iki ve üç boyutta etkileşime girdiği biexcitonların bağlanma enerjilerini hesaplamak için kullanılmıştır.[6] bağlı kuantum kuyularında dolaylı bioksiktonlar,[7][8] ve tek tabakalı bioksiktonlar geçiş metali dikalkojenit yarı iletkenler.[9][10][11]

Nanotüplerde bağlanma enerjisi

İki eksitonun oluşturduğu bağlı komplekslere sahip Biexcitonların şaşırtıcı bir şekilde stabil olduğu tahmin edilmektedir. Karbon nanotüp Bu nedenle, homojen olmayan eksiton çizgi genişliğini aşan bir bieksciton bağlanma enerjisi, geniş bir nanotüp aralığı için tahmin edilmektedir.

Karbon nanotüp içindeki bieksciton bağlanma enerjisi, şunlara ters bir bağımlılıkla oldukça doğru bir şekilde tahmin edilir. , belki de en küçük değerleri dışında .

Gerçek bieksciton bağlanma enerjisi, fiziksel nanotüp yarıçapı ile ters orantılıdır.[12]Karbon nanotüplerdeki bieksiytonların deneysel kanıtı 2012'de bulundu. [13]

CuCl QD'lerde bağlanma enerjisi

Biexcitonların bağlanma enerjisi, boyutlarındaki azalma ile artar ve boyut bağımlılığı ve yığın değeri, ifade ile iyi temsil edilir.

(meV)

nerede nm biriminde mikrokristalitlerin etkin yarıçapıdır. Gelişmiş Coulomb etkileşimi mikrokristallitlerde, eksitonların kuantum hapsetme enerjisinin önemli olmadığı büyük boyutlu rejimde bieksciton bağlanma enerjisini hala arttırmaktadır.[14]

Referanslar

  1. ^ Chen, Gang; Stievater, T. H .; Batteh, E. T .; Li, Xiaoqin; Steel, D. G .; Gammon, D .; Katzer, D. S .; Park, D .; Sham, L.J. (2002). "Tek Bir Kuantum Noktasında Biexciton Kuantum Tutarlılığı". Fiziksel İnceleme Mektupları. 88 (11): 117901. doi:10.1103 / PhysRevLett.88.117901. ISSN  0031-9007. PMID  11909428.
  2. ^ Li, X. (2003). "Yarıiletken Kuantum Noktasında Tam Optik Kuantum Kapısı". Bilim. 301 (5634): 809–811. doi:10.1126 / bilim.1083800. ISSN  0036-8075. PMID  12907794.
  3. ^ Vektaris, G. (1994). "Moleküler bieksiyton teorisine yeni bir yaklaşım". Kimyasal Fizik Dergisi. 101 (4): 3031–3040. doi:10.1063/1.467616. ISSN  0021-9606.
  4. ^ Park, S .; et al. (2000). "CuCl Kuantum Noktalarının Üretimi ve Biexciton Bağlama Enerjisinin Boyut Bağımlılığı". Kore Fizik Derneği Dergisi. 37 (3): 309–312.
  5. ^ Liu, Jian-jun; Kong, Xiao-jun; Wei, Cheng-wen; Li, Shu-shen (1998). "İki Boyutlu Yarıiletkenlerde Biexcitonların Bağlanma Enerjisi". Çin Fiziği Mektupları. 15 (8): 588–590. doi:10.1088 / 0256-307X / 15/8/016. ISSN  0256-307X.
  6. ^ D. Bressanini; M. Mella ve G. Morosi (1998). "Üç ve iki boyutta dört cisim sistemlerinin kararlılığı: Bieksiton moleküllerinin teorik ve kuantum Monte Carlo çalışması". Fiziksel İnceleme A. 57 (6): 4956–4959. Bibcode:1998PhRvA..57.4956B. doi:10.1103 / PhysRevA.57.4956.
  7. ^ M.Y.J. Tan; N.D. Drummond ve R.J. İhtiyaçlar (2005). "Çift tabakalı sistemlerde eksiton ve bieksiyton enerjileri". Fiziksel İnceleme B. 71 (3): 033303. arXiv:0801.0375. Bibcode:2005PhRvB..71c3303T. doi:10.1103 / PhysRevB.71.033303.
  8. ^ R.M. Lee; N.D. Drummond ve R.J. İhtiyaçlar (2009). "Çift tabakalı sistemlerde eksiton-eksiton etkileşimi ve bieksiyton oluşumu". Fiziksel İnceleme B. 79 (12): 125308. arXiv:0811.3318. Bibcode:2009PhRvB..79l5308L. doi:10.1103 / PhysRevB.79.125308.
  9. ^ M.Z. Mayers; T.C. Berkelbach; HANIM. Hybertson ve D.R. Reichman (2015). "Tek tabakalı geçiş metali dikalkojenitlerinde küçük taşıyıcı komplekslerin bağlanma enerjileri ve uzaysal yapıları, difüzyon Monte Carlo ile". Fiziksel İnceleme B. 92 (16): 161404. arXiv:1508.01224. Bibcode:2015PhRvB..92p1404M. doi:10.1103 / PhysRevB.92.161404.
  10. ^ Szyniszewski, M .; et al. (2017). "Difüzyon kuantum Monte Carlo hesaplamalarından iki boyutlu yarı iletkenlerde trionların ve bieksiytonların bağlanma enerjileri". Fiziksel İnceleme B. 95 (8): 081301 (R). arXiv:1701.07407. Bibcode:2017PhRvB..95h1301S. doi:10.1103 / PhysRevB.95.081301.
  11. ^ Mostaani, E .; et al. (2017). "İki boyutlu geçiş metali dikalkojenitlerinde eksitonik komplekslerin difüzyon kuantum Monte Carlo çalışması". Fiziksel İnceleme B. 96 (7): 075431. arXiv:1706.04688. Bibcode:2017PhRvB..96g5431M. doi:10.1103 / PhysRevB.96.075431.
  12. ^ Pedersen, Thomas G .; Pedersen, Kjeld; Cornean, Horia D .; Duclos Pierre (2005). "Karbon Nanotüplerde Biexcitonların Kararlılığı ve İmzaları". Nano Harfler. 5 (2): 291–294. doi:10.1021 / nl048108q. ISSN  1530-6984.
  13. ^ Colombier, L .; Selles, J .; Rousseau, E .; Lauret, J. S .; Vialla, F .; Voisin, C .; Cassabois, G. (2012). "Doğrusal Olmayan Optik Spektroskopi Kullanılarak Yarı İletken Karbon Nanotüplerde Biexciton Tespiti". Fiziksel İnceleme Mektupları. 109 (19). doi:10.1103 / PhysRevLett.109.197402. ISSN  0031-9007.
  14. ^ Masumoto, Yasuaki; Okamoto, Shinji; Katayanagi, Satoshi (1994). "CuCl kuantum noktalarında Biexciton bağlanma enerjisi". Fiziksel İnceleme B. 50 (24): 18658–18661. doi:10.1103 / PhysRevB.50.18658. ISSN  0163-1829.