激子的應用于相關現象

2016/10/18 9:56:26

在一些發光二極管和特殊發光器件的實際應用中，激子發光是一種重要的發光機制，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光二極管中，激子發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光作出貢獻.人們認為，InGaN/GaN量子阱之所以發光效率很高，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科學發展報告》發表了一篇題為"激子和相關現象"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。

信息產業迅速發展，已經成為支柱產業之一。光電子是信息產業中的重要領域。在有源發光器件中，激子發光占據重要地位。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出來。這些新型人工微結構中的激子線性和非線性發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進行有效調控。制備各種理想激子態，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。固態量子信息是量子信息未來的發展方向，是量子信息走向實用化的必然目標。人們設想激子態可以作為量子信息的有效載體。通過不同激子態之間的糾纏，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誘導實現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-愛因斯坦凝聚現象還有許多爭論，理論方法還在發展中。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量子信息處理的理想基態。(摘自科學出版社出版的《2006科學發展報告》)