文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
纳米微腔半导体量子点的量子动力学
姓名:薛蛟
申请学位级别:硕士
专业:凝聚态物理
指导教师:朱卡的
20090101
上海交通大学硕士学位论文
纳米微腔半导体量子点的量子动力学

摘要

量子信息和量子计算近年来正受到越来越多的关注,而微腔量子
点由于公认有希望作为未来量子信息计算单元尤其吸引了大量科学
工作者的关注,产生了许多有价值的研究。但是,量子点中广泛存在
退相干效应——量子态相干性的破坏,从而引发量子计算的错误和量
子信息的丢失,使得量子计算器材的应用受限。而大量研究表明声子
很大程度上导致了这种效应,从而理解声子如何对退相干率发生作用
就显得十分宝贵。在这种量子点——微腔结构中,量子点中的激子产
生了不同于通常原子的二能级系统,而这种二能级系统就是本文研究
的焦点。在这一领域,已有很多人作过大量的工作,并得出了很多重
要的结论。然而从前的工作没有考虑激子与微腔模差别——失谐所带
来的效应。
本文以幺正变换和微扰论为基础,加上对于算符作一位移对这种
二能及量子点中激子的动力学进行了研究。由于存在激子与腔模的
差别(失谐)前文所述的对于算符作一位移使得本来丧失的对称性得
以恢复,从而计算可以顺利进行。我们得到了二能级量子点系统中的
退相干率与失谐(激子频率与腔模之差)的明确解析关系。结合上面
的解析式我们计算了量子点系统中的激子寿命,我们发现这种失谐对
于激子寿命有着很大的影响——失谐越大,寿命越长。同时通过与最
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近进行的实验进行比照[Hennessy, et al., Nature 445, 896 (2007)],结果
吻合得很好。另外,在有外附加光场的情况下, 我们研究了系统中
相干激发的激子的动力学性质。在这种情况中我们预测了在存在失谐
情形中,拉比震荡依旧出现。并且失谐将很大程度上影响这种拉比震
荡的模式。最后,我们讨论了激子声子相互作用α对于这种二能级系
统相变的影响。
关键词: 二能级量子点,激子, 激子声子相互作用,幺正变换,失谐,
退相干

II
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QUANTUM DYNAMICS OF A SINGLE QUATUMN DOT
IN A NANOCAVITY

ABSTRACT

Recently, quantum information and putation have
e very hot and are attracting more and more attention from
scientists. The potential applications of semiconductor quantum dots
confined in a microcavity in quantum information processing have
generated considerable research efforts in recent years. Thus, the
decoherence of such system, which is mainly due to the phonon effect
according to recent studies limits the application of optical device. So it is
indispensable to understand how the phonon contribute to the
decoherence. In such dot-cavity systems, exciton in quantum dots
constitutes an alternate two-level system instead of the usual two-level
atomic system and this is the study focus of this paper. In this field, many
studies have been conducted but few took the detuning of exciton and
cavity mode into consideration. Most former studies assumed that the
dot-cavity system are in re