半導體物理學進展

目錄
總序 i
前言 v
第一章 半導體能帶理論 1
第一節(jié) 能帶計算方法的沿革和現(xiàn)況 1
第二節(jié) MBGFT方法與GW近似 3
第三節(jié) 半導體低維體系中的拓撲量子態(tài) 15
第四節(jié) Z2拓撲序和量子自旋霍爾效應 18
第五節(jié) 半導體異質界面能帶調控引發(fā)的新奇量子相變 29
第六節(jié) 展望 36
第二章 半導體聲子物理 45
第一節(jié) 處理晶格振動動力學的密度矩陣理論 45
一、電子結構理論中的晶格動力學 46
二、密度泛函理論 48
第二節(jié) 相干聲子學 49
一、產(chǎn)生相干聲子的物理機制 49
二、光聲子學 51
三、表面聲學波 55
第三節(jié) 新型聲子態(tài) 57
第四節(jié) 新型聲子器件 60
一、聲波受激放大 60
二、聲學激光器 66
三、新型聲子器件 73
第五節(jié) 展望 80
第三章 半導體中的雜質態(tài)、摻雜機制和單雜質態(tài)的量子調控 87
第一節(jié) 半導體中的雜質、缺陷物理 87
一、當前進展介紹 87
二、缺陷理論計算 89
三、摻雜極限定律 91
第二節(jié) 半導體中的摻雜調控 93
一、提高摻雜固溶度 93
二、降低缺陷離化能 98
三、雜質能帶輔助摻雜 99
第三節(jié) 半導體中單個雜質 101
第四節(jié) 單一雜質的量子比特 105
一、嵌于硅晶體中的磷原子量子比特方案 105
二、基于金剛石NV中心的量子比特方案 107
第五節(jié) 展望 113
第四章 一維、零維半導體結構中的量子現(xiàn)象 124
第一節(jié) 自組織量子點物理 124
一、自組織量子點生長機制和方法 124
二、量子點光譜殼層結構 127
三、量子點中量子光學特性 131
四、量子點中量子態(tài)的操作 138
五、量子點-表面等離激元耦合 144
六、量子點的單光子和糾纏光子發(fā)射 150
第二節(jié) 柵控量子點和量子線中的量子輸運 182
一、量子點接觸 182
二、量子點 185
三、電子干涉儀 190
四、量子線 193
第三節(jié) 展望 196
第五章 光和物質的強相互作用 204
第一節(jié) 概況 204
第二節(jié) 激子極化激元 206
一、激子極化激元的概念 207
二、激子極化激元的色散 208
三、常見的激子極化激元體系 210
第三節(jié) 材料結構體系及實驗方法 213
一、平板微腔 213
二、微納材料自構型微腔 214
三、其他微腔結構 216
四、光學探測方法 216
第四節(jié) 激子極化激元凝聚體的量子調控新進展 220
一、激子極化激元的凝聚、超流、孤波傳導、量子渦旋等集體行為 220
二、利用微納結構、光學手段調控激子極化激元凝聚體 223
三、激子極化激元超晶格體系中的多重相變 226
四、激子極化激元的非線性散射和偏振態(tài)間的相互耦合 229
第五節(jié) 新材料及新物理機制發(fā)展 231
一、新材料體系 231
二、第二個閾值的理解 233
三、電子-空穴-光子關聯(lián)系統(tǒng) 234
四、實驗進展 235
第六節(jié) 展望 239
第六章 半導體中的自旋量子現(xiàn)象 247
第一節(jié) 半導體中單自旋的操控 247
一、自旋態(tài)的光學調控 248
二、電場操控量子點中自旋態(tài) 256
三、磁共振操控量子點的自旋 261
四、展望 266
第二節(jié) 半導體自旋電子器件中的自旋注入、檢測和濾波 269
一、由鐵磁體向半導體的自旋注入 270
二、自旋的電學檢測 275
三、廣義自旋濾波效應 278
四、展望 284
第三節(jié) 半導體中光激發(fā)誘導的自旋極化現(xiàn)象 289
一、光致磁化現(xiàn)象 289
二、自旋注入、操控的光學探測 299
三、圓偏振光電流效應 305
四、展望 314
第四節(jié) FM/2DEG/FM 橫向自旋閥器件、自旋Hall晶體管和自旋FET 319
一、自旋注入的電學方法 320
二、自旋動力學過程探測 324
三、自旋邏輯 341
四、展望 342
第五節(jié) 稀磁半導體 352
一、Ⅲ-Ⅴ族半導體中過渡金屬Mn的電子態(tài) 352
二、稀磁半導體中由巡游空穴媒介的鐵磁性平均場理論 360
三、稀磁半導體的第一性原理計算 366
四、磁性半導體中的雜質帶 370
五、稀磁半導體的重要物理特性 374
六、實現(xiàn)室溫稀磁半導體的努力 396
七、展望 420
第六節(jié) 硅自旋電子學 433
一、為什么研究Si中的自旋電子學 433
二、自旋注入及探測基礎 436
三、鐵磁性注入電極與半導體界面接觸工程 441
四、Si自旋電子學的實驗進展 450
五、展望 474
第七節(jié) 寬禁帶半導體中的自旋量子現(xiàn)象 483
一、寬禁帶稀磁半導體GaMnN和ZnMnO的磁性機制 485
二、寬禁帶磁性半導體Zn1-xMnxO和Ga1-xMnxN中超快自旋動力學 488
三、展望 499
第七章 半導體/非半導體界面物理 503
第一節(jié) 鐵磁金屬/半導體界面的新奇量子效應 504
一、鐵磁/半導體異質結中的動態(tài)鐵磁近鄰極化現(xiàn)象 505
二、鐵磁/半導體異質結中的穩(wěn)態(tài)鐵磁近鄰極化現(xiàn)象 509
三、鐵磁/半導體異質結中鐵磁近鄰極化現(xiàn)象的理論 511
四、鐵磁/半導體界面處的自旋量子效應 519
第二節(jié) 絕緣體/半導體界面 522
第三節(jié) 超導體/半導體界面 525
第四節(jié) 展望 529
第八章 半導體中的輸運及其動力學過程 535
第一節(jié) 自旋輸運及其動力學過程 535
一、經(jīng)典的自旋極化漂移-擴散方程 537
二、半導體自旋輸運中的量子效應和處理方法 538
三、半導體中的自旋動力學過程 542
第二節(jié) 半導體中的熱輸運和熱電效應 543
一、半導體中熱電耦合輸運 543
二、半導體中熱電效應 545
三、半導體中量子熱電效應 547
第三節(jié) 基于棘輪效應的輸運 549
第四節(jié) 展望 555
第九章 量子霍爾效應 565
第一節(jié) 引言 565
第二節(jié) 整數(shù)量子霍爾效應 566
第三節(jié) 分數(shù)量子霍爾效應 571
一、分數(shù)量子霍爾效應的發(fā)現(xiàn) 571
二、Laughlin波函數(shù)、分數(shù)電荷與分數(shù)統(tǒng)計 571
三、分數(shù)量子霍爾態(tài)的理論描述 573
四、偶數(shù)分母態(tài)的實驗發(fā)現(xiàn)與初步研究 575
五、非阿貝爾統(tǒng)計與拓撲量子計算 576
六、ν=5/2態(tài)的進一步研究(尋找非阿貝爾任意子) 577
七、其他偶數(shù)分母分數(shù)量子霍爾態(tài) 580
八、GaAs/AlGaAs系統(tǒng)中量子霍爾研究的其他進展 581
第四節(jié) 石墨烯中的量子霍爾效應 584
第五節(jié) 量子自旋霍爾效應 588
第六節(jié) 三維拓撲絕緣體和量子反?；魻栃?590
一、三維拓撲絕緣體的發(fā)現(xiàn)及初步研究 590
二、量子反常霍爾效應 592
三、三維拓撲絕緣體的量子霍爾效應 593
第七節(jié) 其他二維體系中的量子霍爾效應 594
第八節(jié) 展望 597
第十章 二維原子晶體及范德瓦耳斯異質結構 624
第一節(jié) 概括 —— Less is different! 624
第二節(jié) 石墨烯及其他二維原子晶體 626
一、石墨烯的發(fā)現(xiàn) 626
二、石墨烯的能帶結構 628
三、石墨烯的性質 629
四、其他二維原子晶體 629
五、范德瓦耳斯異質結 631
第三節(jié) 范德瓦耳斯異質結的制備 633
一、機械轉移法 633
二、范德瓦耳斯力拾取法 637
三、化學氣相沉積生長法 639
第四節(jié) 范德瓦耳斯異質結構的進展 640
一、高質量二維原子晶體 640
二、石墨烯/hBN/石墨烯中的共振隧穿 643
三、不同二維過渡金屬硫化物范德瓦耳斯異質結構 643
四、石墨烯摩爾超晶格 644
五、范德瓦耳斯超導體異質結構 645
第五節(jié) 展望 646
第十一章 新概念半導體器件 653
第一節(jié) 新型半導體激光光源 653
一、硅拉曼激光器 653
二、量子級聯(lián)激光器 655
第二節(jié) 新概念器件 657
一、利用棘輪效應的微波探測器件 657
二、量子超材料 658
三、石墨烯電吸收調制器 660
四、超導加量子點的混合器件 661
五、量子點糾纏光子對發(fā)射源 662
第三節(jié) 光量子計算中的關鍵器件 663
一、基于M-Z量子干涉儀的非線性光量子CNOT方案 663
二、線性光量子CNOT方案 665
三、光量子計算中的量子器件 666
第四節(jié) 展望 676
第十二章 新測量技術 682
第一節(jié) 近場掃描光學顯微鏡 682
一、NSOM系統(tǒng)的構成和關鍵技術 683
二、開爾文探針掃描顯微鏡 685
三、NSOM技術的*近進展 689
第二節(jié) 時間分辨的光學掃描顯微技術 691
第三節(jié) 掃描隧穿顯微鏡和與激光結合的掃描隧穿顯微鏡測量技術 694
一、掃描隧穿顯微鏡 694
二、與激光結合的STM測量技術 696
第四節(jié) 量子斷層測量技術 699
第五節(jié) 展望 704
關鍵詞索引 710
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