半导体耦合量子阱间接激子输运性质的理论研究

Exciton transport is an important issue in the current theoretical research field. Limited to short lifetime, higher recombination rate and electrically neutral characteristics, indirect excitons in the semiconductor coupled quantum wells is used to effectively transport by motive periodic electric field, however, anomalous behavior found in the experiment is widespreadly concerned. The project explain the anomalous transport phenomena in the experiment, and the research results will have an impact on confirming the microscopic mechanism of exciton condensation and enriching condensed matter theory. The project intends to carry out in the following areas:due to exciton interaction has great impact on transportation，firstly，we will calculate indirect exciton binding energy by the variational method, analysis of experimental data, in-depth understanding of the interaction between excitons from the theoretical and experimental aspects. And then, we will establish the microscopic Gross-Pitaevskii equation for the exciton transport, considering exciton dissipative and the interaction between the respective spin components, and research the relationship between the exciton transportation with periodic potential amplitude, velocity, acceleration and exciton density by numerical method, and give a unified explanation to anomalous behaviors of the exciton electrostatic transmission. The project is expected to reveal the nonlinear interaction among excitons, to make innovation and breakthrough in the spin dynamics of composite particles and in the evolution of dissipation system etc.

激子输运是目前理论关注的一个重要问题。受限于激子寿命短、复合率较高且呈现电中性的特点，目前采用半导体耦合量子阱中间接激子，利用运动周期性电场来实现有效传输，然而实验上发现的反常行为，引起广泛关注。本项目解释实验的反常输运现象，研究结果将对探明激子凝聚输运的微观机制和丰富凝聚态理论产生影响。拟在以下方面开展研究：由于激子相互作用对输运产生较大影响，因此，首先用变分方法计算间接激子间的束缚能,分析实验数据，从理论和实验两个方面深入理解激子之间的相互作用。接着建立激子输运的微观Gross-Pitaevskii方程，考虑耗散、各自旋分量之间的相互作用, 通过数值分析方法得到激子输运与周期势的幅度、运动速度、加速度及激子密度之间的关系，给出激子的静电传输反常行为的统一解释。本项目有望在揭示激子之间的非线性相互作用，在复合粒子自旋动力学及耗散体系的演化等方面取得创新和突破。

激子输运是目前理论关注的一个重要问题。受限于激子寿命短、复合率较高且呈现电中性的特点，目前采用半导体耦合量子阱中间接激子，利用运动周期性电场来实现有效传输，然而实验上发现的反常行为，引起广泛关注。本项目解释实验的反常输运现象，研究结果将对探明激子凝聚输运的微观机制和丰富凝聚态理论产生影响。在以下方面开展研究：由于激子相互作用对输运产生较大影响，因此，首先分析实验数据，从理论和实验两个方面深入理解激子之间的相互作用。接着通过数值分析方法得到激子输运与周期势的幅度、运动速度、加速度及激子密度之间的关系，给出激子的静电传输反常行为的统一解释。本项目在揭示激子之间的非线性相互作用，在复合粒子自旋动力学及体系的演化等方面取得创新和突破。项目实施过程中，详细分析了发光谱的实验数据，找出了谱线宽度、谱线强度和激子数密度温度之间的联系，比较了不同参数空间间接激子输运效率。建立了耦合量子阱中的激子系统传输微观模型，给出了多体哈密顿，并进行严格对角化，采用虚时演化薛定谔方程的方法，得到稳态的传输解，求出相应的物理量。对抬高势阱中间接激子的能量弛豫和非线性相互作用对激子动力学行为的影响进行了详细的研究。实验中发现的4个激子峰，低能的两个由直接激子所产生，高能的两个峰为直接对应间接激子态。抬高势阱中的间接激子主要经历以下过程：1.激子被泵浦到抬高势阱中。2.由于激子同晶格撞击使得高能激子弛豫到低能态，并在此过程中湮灭。3.低能激子的湮灭。在简并温度以下，激子弛豫行为主要受到声子瓶颈效应的影响，激子的密度与激发激光的功率成正比关系。把通过该项目得到的有限元迭代虚时演化非线性方程方法推广到了电子、冷原子等其他体系输运性质研究中。