激子的應用于相關(guān)現象

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(zhù)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合幾率，使得載流子在到達非輻射復合中心之前，就通過(guò)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(zhù)組分分凝，甚至形成了量子點(diǎn)，激子發(fā)光得到加強有關(guān)中國科學(xué)院半導體研究所李樹(shù)深研究員、夏建白院士在《2006科學(xué)發(fā)展報告》發(fā)表了一篇題為"激子和相關(guān)現象"的文章。文章指出，早在20世紀30年代，科學(xué)家就對激子開(kāi)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(shù)發(fā)明以后，大大促進(jìn)了人們對激子的實(shí)驗研究。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(guò)程的研究。20世紀70年代以前，人們對激子的研究?jì)H限于體材料。隨著(zhù)低維材料生長(cháng)與加工技術(shù)的進(jìn)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(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)光占據重要地位。器件應用的牽引作用，也極大地促進(jìn)了人們對激子的廣泛研究。

作者著(zhù)重對未來(lái)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(cháng)發(fā)光器件(特別是半導體激光器)需求的市場(chǎng)牽引，近20年來(lái)，人們對多種半導體材料(包括低維復合材料)進(jìn)行了廣泛研究。理論與實(shí)驗取得了基本一致的研究成果。預計在未來(lái)10到20年時(shí)間范圍內，隨著(zhù)納米加工技術(shù)的進(jìn)一步提高，各種新型微結構將會(huì )源源不斷的涌現出來(lái)。這些新型人工微結構中的激子線(xiàn)性和非線(xiàn)性發(fā)光特性的研究仍將是熱點(diǎn)研究?jì)热葜���。理論與實(shí)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(dòng)力學(xué)

對不同種類(lèi)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(dòng)力學(xué)行為是到未來(lái)若干年內熱點(diǎn)研究課題之一。利用超短脈沖技術(shù)，人們可以對特定結構內激子態(tài)進(jìn)行有效調控。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(lái)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(lái)的新型交叉學(xué)科，她是將20世紀取得巨大成就的經(jīng)典信息理論與量子力學(xué)相結合后的產(chǎn)物。固態(tài)量子信息是量子信息未來(lái)的發(fā)展方向，是量子信息走向實(shí)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(guò)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(gè)量子點(diǎn)中不同磁激子之間用光激發(fā)誘導實(shí)現了激子之間的量子糾纏。距離相近的兩個(gè)量子點(diǎn)可以形成所謂的量子點(diǎn)分子，在這種結構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(gè)量子點(diǎn)內雙激子進(jìn)行了量子邏輯門(mén)操作。但無(wú)論從理論或實(shí)驗角度來(lái)看，激子在固態(tài)量子信息中的應用研究還剛剛開(kāi)始。

四

波色

對低維半導體結構中的激子的波色-愛(ài)因斯坦凝聚研究是未來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。關(guān)于固體中激子的波色-愛(ài)因斯坦凝聚現象還有許多爭論，理論方法還在發(fā)展中。隨著(zhù)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(ài)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)展報告》)