Hot Carrier Dynamics in Photoexcited Gold Nanostructures: Role of Interband Excitations and Evidence for Ballistic Transport
利用金属纳米结构中的短寿命光激发电子-空穴对有可能定义光电子学的新阶段，从而能够控制用于光捕获、光检测和光致发光的非热机制。然而，到目前为止，这些光激发载流子的时空动力学和运输仅定性表征。等离子体激元激发已被广泛视为产生非热热载流子的有效机制。尽管有许多实验，结论性的证据阐明和量化的热载流子产生，运输和注入的全部动力学尚未报道。在这里，我们结合实验测量与耦合的第一性原理电子结构理论和玻尔兹曼输运计算提供前所未有的洞察内部量子效率，因此内部物理，热载流子在光激发金（Au）-氮化镓（GAN）纳米结构。我们的研究结果表明，在20 nm厚的Au纳米结构中产生的光激发电子冲击弹道上的Au-GaN界面。这一发现表明，热载流子的能量可以从金属纳米结构中利用，而不会通过热化而产生大量损失。测量和计算还揭示了金属能带结构在等离子体纳米天线的带间阈值以上的能量下的热载流子产生中的重要作用。综上所述，我们的研究结果推进了对现实尺度的金属纳米结构中的激发载流子动力学的理解，并为设计在弹道机制中操作的新型光电子器件奠定了基础。
2017-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
"Hot" electrons in metallic nanostructures -- non-thermal carriers or heating?
了解照明和金属纳米结构中电子分布之间的相互作用是开发应用的关键一步，例如绿色燃料的等离子体光催化，纳米级光检测等。阐明这种相互作用具有挑战性，因为它需要考虑电子系统中能量流动的所有通道。在这里，我们开发了这样一个理论，它是基于耦合玻尔兹曼热方程，只需要能量守恒和基本热力学，其中的电子分布，电子和声子（晶格）温度确定{ \em唯一}。将这一理论应用到现实的照明纳米粒子系统中，我们发现电子和声子的温度是相似的，从而证明了（经典的）单温度模型。我们表明，虽然高能量的“热”载流子的比例相比，热化载流子的增长基本上与照明强度，它仍然非常小（在$10^{-8}$的顺序）。重要的是，大部分吸收的照明功率进入加热而不是产生热载流子，从而使得等离子体激元热载流子产生效率极低。我们的配方允许第一次在金属纳米结构的稳态电子分布的理论和测量的一个独特的定量比较。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of photo-injection of hot plasmonic carriers in metal-semiconductor nanostructures
我们从理论上研究了等离子体载流子从光激发的金属晶体注入到半导体接触或附着分子的影响。大尺寸和小尺寸金属纳米晶中光激发热载流子的分布有很大的不同。在大的纳米晶体中，大多数载流子具有非常小的能量，并且热载流子分布类似于体中的等离子体波的情况。在小于20 nm的纳米晶体中，载流子分布扩展到更大的能量，并占据整个区域E_{F} <E<Ω。上述行为的物理原因是量子力学中的动量不守恒。由于上述性质，小尺寸的纳米晶体最适合于设计基于等离子体电子和空穴注入的光电和光合器件。该问题的中心参数是Δ N =omega/ q_{L} * v_{F}，其中q_{L}是动量传递，v_{F}是费米速度。在金纳米晶体中，当Δ N <7时，高能热电子产生是有效的。对于较大的参数Δ N，高能电子的数量大大减少。另一个重要因素是激发光的偏振。为了有效地激发具有高能量的载流子，电场极化矢量应该垂直于具有小宽度~ 10-20 nm的棱柱状纳米天线（板或片）。我们还显示了我们的理论之间的关系注入等离子体纳米晶体和Fowler理论注入从散装金属。除了棱柱几何（或片晶几何），我们还考虑立方体。研究结果可用于设计纯固态光电子器件和光催化及太阳能转换系统。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall
Transport of hot carriers in plasmonic nanostructures
等离子体激元热载流子器件在平衡之前从金属纳米结构中提取受激载流子，并且具有超越半导体光吸收剂的潜力。然而，到目前为止，它们的效率仍然远低于理论极限，这需要定量预测等离子体结构中的载流子传输和能量损失，以识别和克服载流子收集中的瓶颈。在这里，我们提出了一个理论和计算框架，空间和能量的非平衡散射（NESSE），结合相空间（玻尔兹曼）和粒子为基础的（蒙特卡罗）方法的最佳功能来预测载流子能量分布的空间演化。在NESSE框架内，我们在原子尺度上桥接等离子体衰变和载流子碰撞积分的第一原理电子结构预测，并在纳米到介观尺度上进行电磁场模拟。最后，我们应用NESSE来预测光激发载流子的空间分辨能量分布，这些光激发载流子在几十到几百纳米的长度尺度上影响实验上可实现的等离子体纳米结构的表面，从而实现热载流子器件的第一原理设计。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Carrier dynamics in ultrathin gold nanowires: Role of Auger processes
金属纳米结构中的载流子动力学受到其限制尺寸的强烈影响。尺寸为$\sim 2$ nm的金纳米颗粒位于分离金属和非金属行为的边界。在这项工作中，我们报告的载流子动力学在高纵横比的金纳米线（Au UNWs）的平均直径$\sim$ 2 nm使用泵（3.1 eV）和相干白光连续作为探针在1.15 eV至2.75 eV的光谱范围内。在极端激发状态下，金纳米线中的瞬态载流子动力学比通常使用的双温模型预测的要慢。我们确定了俄歇辅助载流子加热过程，减缓了热载流子冷却动力学。拟合的数据的速率方程模型产生的金纳米结构的俄歇系数的估计。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall
Quantum-dot-like states in molybdenum disulfide nanostructures due to the interplay of local surface wrinkling, strain, and dielectric confinement
原子级薄过渡金属二硫属化合物的量子光发射的观测为这些材料系统的应用开辟了新的领域。相应的激发电荷载流子本地化已被链接到缺陷和应变，而开放的问题仍然关于微观起源。我们表明，这些材料的抗弯刚度导致的二维层的弯曲。由此产生的应变场有利于强大的载流子本地化，由于其显着的影响带隙。此外，我们认为载流子限制由于局部变化的介电环境，并表明这两种效应有助于修改电子状态和光学性质。的表面微扰，应变引起的限制，和局部的介电环境的变化的相互作用被证明为纳米气泡的例子，形成时，单层沉积在基板或其他二维材料。
2019-02-13 cond-mat.mes-hall
Emergence of one-dimensional wires of free carriers in transition-metal-dichalcogenide nanostructures
我们强调的出现在二维过渡金属-二硫属化物纳米结构-纳米带，岛屿，和反转域边界-作为一个广泛的和普遍的现象驱动的极性不连续性发生在其边缘或边界的金属状态。我们表明，这样的金属状态形成一维线的电子或空穴，与自由电荷密度，随着系统的大小增加，直到完全屏蔽的极化电荷，也可以控制特定的边缘或边界配置，例如，通过化学吸附的氢或硫原子的边缘。对于三角形的岛屿，当地的极性不连续性发生，即使在没有一个总的偶极矩的岛屿，并导致积累的自由载流子接近的边缘，提供了一致的解释以前的实验观察。为了进一步强调这些机制的普遍性，我们表明，极性不连续性引起的金属状态也在反转域边界。这些发现强调了工程过渡金属二硫属化物纳米结构在纳米和光电子学，自旋电子学，催化和太阳能收集方面的多种应用的潜力。
2015-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band bending inversion in Bi$_2$Se$_3$ nanostructures
研究了强磁场下化学气相输运法生长的Bi $_2$ Se $_3$纳米结构中的Shubnikov-de-Haas振荡，其体载流子密度从$3\times10^{19}\text{cm}^{-3}$到$6\times10^{17}\text{cm}^{-3}$不等.拓扑表面态对电输运的贡献可以从体载流子和大质量二维电子气中识别和分离出来。带弯曲的调查，和交叉从向上向下的带弯曲被发现在低体积密度，作为一个结果之间的竞争体和界面掺杂。这些结果突出了需要控制电掺杂在体和界面，以研究只有拓扑表面状态。
2015-08-08 cond-mat.mes-hall
Comments on ""Hot" electrons in metallic nanostructures -- non-thermal carriers or heating?" and "Assistance of metal nanoparticles to photo-catalysis -- nothing more than a classical heat source"
预印本arXiv：1810.00565和Light：Science & Applications（2019）中的论文的作者，Y。杜比和Y. Sivan对我们的几篇论文发表了一些错误和不一致的评论。此外，该论文发表在Faraday Discuss. 214，215-233（2018）由相同的作者也包含与我们的工作关系的几个错误的陈述。此外，作者在他们的评论中提到了我们的工作中实际上没有的特征。在下文中，我们对他们歪曲或错误解释我们发表的工作的一些具体问题提出更正。
2020-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast optical spectroscopy of semiconducting and plasmonic nanostructures and their hybrids
纳米结构中载流子动力学的知识对于（光）电子器件的发展具有根本的重要性。这对于半导体纳米结构以及等离子体纳米颗粒（NP）是真实的。事实上，通过结合半导体和等离子体纳米结构来提高光催化效率是其超快动力学被深入研究的原因之一。在这项工作中，我们将审查我们的活动在最近成立的EuroFEL支持实验室进行的纳米结构的超快光谱。我们研究了金属纳米粒子在溶液中以及在表面上的2D和3D阵列中的动态等离子体响应，特别注意纳米粒子形状的影响以及在纳米局部尺度上将吸收的光转换为热。我们将总结在纳米结构的钙钛矿中的载流子动力学的结果，重点是热载流子动力学和半导体纳米系统，如ZnSe和Si纳米线，特别注意带隙漂白动力学。随后，研究了掺杂剂-金属NP杂化物，例如CeO $_2$ -Ag NP、ZnSe-Ag NP和ZnSe-Au NP，允许讨论相互作用机制，例如电荷载流子转移和F{<$}rster相互作用。最后，我们评估了另一种方法的敏化宽带隙半导体可见光通过讨论的TiO $_2$纳米颗粒和V掺杂TiO $_2$纳米颗粒的载流子动力学和它们的催化性能之间的关系。
2020-09-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Recent progress towards acoustically mediated carrier injection into individual nanostructures for single photon generation
我们报道了基于量子点和量子柱纳米结构的单光子源的最新进展，这些纳米结构是用表面声波操纵的。对于这个概念，量子阱中的声电荷传输用于在空间上分离电子和空穴对并在量子阱的平面中传输这些电子和空穴对。当被传送到量子点或量子柱的位置时，这些载流子被顺序地捕获到受限能级中。它们的辐射衰变引起单光子训练的发射。三种不同的方法使用（i）应变诱导和（ii）自组装量子点，和（iii）自组装量子桩进行了讨论，并讨论了它们的应用潜力。第一个设备和初步的实验实现这样的声学驱动的单光子源和远程声学触发注入到几个单独的发射器进行了演示。
2010-11-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scattering nonlocality in quantum charge transport: Application to semiconductor nanostructures
我们的主要目标是提供一个严格的处理散射非局域性半导体纳米结构。一方面，从传统的密度矩阵公式出发，利用著名的Wigner函数图像作为研究半经典极限的理想工具，我们将对空间相关的Boltzmann方程进行完全量子力学推导。另一方面，我们将研究这种半经典框架的有效性限制，特别指出，在散射非局域性效应可能发挥相关作用的制度，为此，我们将补充我们的分析研究与一些模拟实验，讨论和进一步扩大散射诱导的量子扩散GaN基纳米材料的初步研究。对于光激发半导体中载流子-载流子弛豫的情况，我们的分析将表明简化的退相模型在描述声子诱导的散射非局域性方面的失败，指出这种限制对于准弹性耗散过程的情况尤其严重。
2014-06-25 cond-mat.mes-hall
Enhancement of Carrier Mobility in Semiconductor Nanostructures by Carrier Distribution Engineering
本文提出通过对称化栅极配置或增加沟道厚度来工程化载流子的垂直分布，从而增强二维半导体中的载流子迁移率，在双栅极10层MoS$_2$中增长率达23%，为低功耗晶体管性能优化提供可行策略。
2023-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Quantitative models for excess carrier diffusion and recombination in STEM-EBIC experiments on semiconductor nanostructures
Georg-August-University Goettingen（哥廷根大学）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）
本文提出了一种用于半导体纳米结构中STEM-EBIC实验的定量模型，用于精确确定本征扩散长度。
2026-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impact of nanostructure configuration on the photovoltaic performance of quantum dot arrays
在这项工作中，一个介观模型的基础上的非平衡格林函数形式主义的紧束缚的有效哈密顿量被用来研究一个选择性接触的量子点阵列设计的操作作为一个单结量子点太阳能电池。通过建立纳米结构的配置和光电性能之间的直接关系，调查揭示了点间和点接触耦合强度的影响，电荷载流子的光生，辐射复合，并提取在接触的速率，从而对最终的性能与有限的量子点阵列作为活性介质的光伏器件。对于长的载流子寿命，主要的配置效果起源于在带宽和有效带隙方面的点间耦合的联合态密度的依赖性。在低载流子寿命制度，其中复合与载流子提取竞争，提取效率显示出关键的依赖点接触耦合。
2015-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Edgeless and Purely Gate-Defined Nanostructures in InAs Quantum Wells
InAs量子阱中的纳米结构迄今为止仍然处于基于蚀刻的传统微制造技术的范围之外。这是由于在样品的物理边缘处的载流子积累引起的寄生并联传导。在这里，我们提出了一种技术，使实现量子点接触和量子点的二维电子气的InAs纯粹的静电门。采用由介电层分隔的多层顶栅。研究了量子点的全量子点接触夹断和库仑阻塞金刚石的测量。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall
Optimal quantum control in nanostructures: Theory and application to generic three-level system
在最优控制的框架下研究了量子纳米结构中的相干载流子控制。我们开发了一个通用的解决方案，用于优化外部控制（例如，激光脉冲），这允许以其最有效的方式在两个给定状态之间引导系统的波函数;物理激励的约束，例如有限的激光资源或某些状态的人口抑制，可以通过一般的成本函数来解释。使用一个通用的三能级方案的量子系统，我们证明了我们的方法的适用性，并确定相关的计算和收敛参数。
2002-09-23 cond-mat.mes-hall
Hot Carrier extraction with plasmonic broadband absorbers
从金属纳米结构中提取热载流子在光催化、光化学和光探测等领域有着广泛的应用前景。一个限制是许多金属纳米结构支持单个等离子体共振，因此将光-电荷-载流子活性限制在光谱带。在这里，我们证明了单层的等离子体纳米粒子可以组装在一个多叠层的分层配置，以实现宽带，近单位的光吸收，这是空间定位在纳米粒子层。我们表明，这种增强的吸光度导致$\sim$ 40倍的增加，在光子-电子转换效率的等离子体纳米结构。我们开发了一个模型，成功地捕捉到这些结构中的等离子体激元热电子电荷产生和分离的基本物理。该模型还使我们能够建立有效的热载流子提取仅限于具有高于肖特基结能量的光子和金属纳米颗粒的局部光吸收重叠的光谱区域。
2016-01-13 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Carrier trapping and luminescence polarization in quantum dashes
我们从实验和理论上研究了具有非常大的面内形状各向异性（量子虚线）的量子点状纳米结构的合奏偏振相关发光。我们表明，所测得的线性偏振度的发射光的激发功率增加，并随温度的变化在一个非平凡的方式，取决于激发条件。使用基于k.p理论的近似模型，我们能够将该偏振度与激子状态中的光空穴混合物的量相关联，该激子状态又取决于包络波函数的对称性。测量的属性和理论之间的协议达成的假设下，在量子破折号的激子基态被困在结构内的限制波动，从而本地化在一个更小的体积低得多的不对称性比整个纳米结构。
2012-01-05 cond-mat.mes-hall
Nontrivial temperature behavior of the carrier concentration in the nanostructure "graphene channel on ferroelectric substrate with domain walls"
这项工作探讨了一个非平凡的温度行为的载流子浓度，这决定了石墨烯沟道电导的纳米结构的“铁电衬底上的石墨烯沟道”，这是一个基本要素的FET在非易失性存储器单元的新一代。我们揭示了从单到双反铁电的浓度-电压依赖性的磁滞回线，发生与温度的增加，然后存在于一个很宽的温度范围内（从350至500 K）的过渡。出乎意料的是，我们揭示了极化和浓度的双环可以具有不规则的形状，只要计算发生，并且不同特征（跳跃，次极大值等）的电压位置就保持不规则。从一个时期到另一个时期的变化，导致准混沌行为的印象。这似乎是源于铁电极化的石墨烯载体的非线性屏蔽，以及它是由铁电衬底中的畴结构动力学的温度演化的条件。这种非线性控制了石墨烯二维层极化屏蔽的电压行为，同时诱导了分离畴壁的运动，并伴随着pn结沿石墨烯沟道的运动（Hann效应的二维模拟）。由于可以通过改变温度来控制畴壁的结构、周期和动力学，因此我们得出结论，所考虑的基于铁电体上石墨烯的纳米结构对于基于石墨烯pn结的新一代调制器的制造是有希望的。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot-electron dynamics in plasmonic nanostructures
本综述聚焦等离子体纳米结构中的热电子动力学，阐述其产生机制、理论与实验研究方法，以及相关效应在多领域的应用，为相关未来技术发展提供基础支撑。
2023-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Lindblad approach to spatio-temporal quantum dynamics of phonon-induced carrier capture processes
鉴于所涉及的超短空间和时间尺度，纳米结构中的载流子捕获过程是真正的量子现象。为了描述这样的过程，已经开发了具有不同近似水平的方法。通过适当地剪裁Lindblad基非线性单粒子密度矩阵方程的另一种马尔可夫方法，在这项工作中，我们提出了一个Lindblad超算子来描述如何声子诱导的载流子捕获影响的时空量子动力学的飞行波包撞击量子点。我们比较了结果与非马尔可夫量子动力学计算，并讨论了这两种方法的优点和缺点。
2017-03-20 cond-mat.mes-hall
Microscopic quantum description of second-order nonlinearities in 2D hexagonal nanostructures beyond the Dirac cone approximation
单层的六边形二维纳米结构，如石墨烯，硅烯和锗烯表现出大的载流子费米速度，因此，大的光-物质耦合强度使这些材料成为纳米光电子学的有前途的元素。虽然这些材料是中心对称的，但空间色散是相当大的，允许这种材料的二阶非线性响应与非中心对称的2D材料相当。无质量狄拉克费米子的二阶响应已被广泛研究，但目前还没有一种在整个布里渊区都能正确计算的通用方法。为了完成这一差距，在目前的论文中，我们开发了一个通用的量子力学理论的面内二阶非线性响应超越狄拉克锥近似和适用于全布里渊区的六方紧束缚纳米结构。我们提出了明确的计算适用于任意三波混频过程的二维六角纳米结构的非线性极化率张量。
2020-08-17 cond-mat.mes-hall
Quantum size phenomena in single-crystalline bismuth nanostructures
固体中导电电子能谱的尺寸相关量子化导致电子性质对相应尺寸的振荡依赖性。在具有典型能量Fermi EF~1 eV和自由电子质量m0量级的电荷载流子的有效质量m* 的常规金属中，量子尺寸现象仅在纳米尺度上提供显著的影响。在这里，我们的实验表明，在单晶半金属铋纳米结构的电子电导率非单调地减少的有效直径。在沿着特定的晶体取向生长的样品中，由于量子限制效应介导的金属到绝缘体的转变，电子电导率在约50 nm的尺度上突然增加。实验结果与理论预测相吻合。为了优化下一代超小型量子纳米电子电路的运行，应该考虑量子尺寸现象。
2016-11-20 cond-mat.mes-hall
Magnetically controlled exciton transfer in hybrid quantum dot-quantum well nanostructures
利用磁光致发光研究了InAs/GaAs混合量子点（QD）-InGaAs量子阱（QW）结构的载流子转移，观察到在强磁场和激发密度下光致发光（PL）与GaAs势垒厚度的非线性关系。对于薄势垒的情况下，观察到QW PL强度增加，在QD PL强度的降低为代价。这是由于在量子阱和润湿层（WL）中的面间载流子动力学的变化，从增加的磁场随着量子点激发态和激子态之间的耦合在量子阱和润湿层（WL）的变化。
2019-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Quantum Confinement in Semiconducting van der Waals Heterostructure
半导体纳米结构中载流子的空间限制和操纵是实现量子电子器件的关键。由二维（2D）半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）制成的门限定纳米结构由于带边缘附近的受限载流子的谷自旋锁定而具有增加对量子自由度的独特额外控制的潜力。然而，由于普遍的不均匀性在导电通道，它一直难以实现量子限制在二维TMDC与良好控制的隧道耦合强度。在这里，我们证明了量子输运在横向栅极定义的二维电子量子点形成在原子薄TMDC异质结构。利用微制造的局部接触栅，在2D封装和光照在低温下，我们表明，TMDC 2D电子气（2DEG）的质量可以得到改善，使它们适合介观量子输运测量。我们观察到量子点接触（QPC）通道的量子化电导控制的栅极可调限制。我们还证明了单电子输运在TMDC量子点（QD）与可调隧道耦合。我们的观察为工程TMDC纳米结构中的自旋和谷自由度的量子操纵提供了希望，从而实现了多功能的2D量子电子器件。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall
Quantum confinement in Si and Ge nanostructures: Effect of crystallinity
我们着眼于Si和Ge纳米结构（NS）的制备方法与量子限制（QC）方面的结构，电子和光学性质之间的关系。NS中的QC导致带隙能量随着NS维度的减小而发生蓝移。直接测量QC的效果是复杂的附加参数，如应力，界面和缺陷状态。此外，NS制备的差异导致相关参数集的差异。一个相对简单的QC模型，使用一个“粒子在一个盒子”型扰动的有效质量理论，适用于硅和锗量子阱，线和点在各种制备方法。模型的选择是为了区分仅由QC影响引起的贡献，其中唯一变化的实验参数是结晶度。结果发现，在非晶材料的情况下，空穴变得离域，这导致更强的约束效应。这一结果的起源部分归因于非晶和结晶NS之间以及电子和空穴之间的有效质量的差异。对我们的QC模型的校正考虑了位置相关的有效质量。该术语包括取决于从原点的位移的倒数长度尺度。因此，当载流子的德布罗意波长或玻尔半径与NS的尺寸相当时，载流子“感觉到"限制势改变了它们的有效质量。此外，发现某些界面态（Si-O-Si）对空穴态起钉扎作用，从而降低了振子强度。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall
Tailoring hot-carrier distributions of plasmonic nanostructures through surface alloying
本研究通过第一性原理模拟探究表面合金种类与浓度对银纳米颗粒热载流子分布的影响，揭示非贵金属表面合金调控热空穴/电子产生的机制与规律，为等离子体催化的精准设计提供指导。
2023-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Role of Auger Recombination in Plasmon Controlled Photoluminescence Kinetics in Metal-Semiconductor Hybrid Nanostructures
半导体量子点（SQD）的光谱研究解决了非辐射载流子损耗的问题，对于提高各种发光器件的效率至关重要。SQD发射极的各种设计，如掺杂、形成核-壳和合金化，已经尝试抑制非辐射复合。在这篇文章中，我们表明，形成与金属纳米粒子（MNP）具有局部表面等离子体共振与SQD的发射光谱重叠的混合物，可以减轻通过俄歇复合的非辐射载流子损耗。使用稳态和时间分辨的光致发光，已经表明，当这种混合物被选择性地激发远高于带隙而不激发等离子体时，对快速衰减时间的贡献随着对较长衰减时间的贡献的增加而减少。当激子和等离子体同时激发时，观察到完全相反的动力学。这种通过将MNP放置在SQD附近来控制光致发光动力学的方法为设计非常适合于发光器件的混合材料开辟了一种新方法。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Effective particles in a multishell nanostructure with hardcore
该研究解析探究多壳层异质结构中位置相关质量的有效载流子，得到不同von Roos序类下的三维束缚态能谱与散射波函数，据此计算纳米异质结构光学性质，并分析GaAs/Al-GaAs合金中结果对哈密顿量序类的依赖关系。
2024-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Theory of spin qubits in nanostructures
本文综述了纳米结构中自旋量子比特理论的最新进展。我们重点讨论四个选定的主题。首先，我们展示了如何在新的和有前途的材料石墨烯中形成自旋量子比特。然后，我们讨论了量子点中的自旋弛豫和退相干。特别是，我们演示了如何在周围环境中的电荷波动导致自旋衰变通过自旋轨道耦合。然后，我们转向如何使用电子偶极自旋共振（EDSR）在量子点中使用振荡电场进行单自旋旋转的简要概述。我们涵盖的最后一个主题是通过自旋-轨道相互作用的自旋-自旋耦合，这是通过海森堡交换相互作用的通常自旋-自旋耦合的替代方案。
2007-07-31 cond-mat.mes-hall
Review of performance metrics of spin qubits in gated semiconducting nanostructures
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所新兴物质科学中心）；Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Department of Physics, University of Basel（巴塞尔大学物理系）
本技术综述收集整理了电控纳米结构中半导体自旋量子位的相干性、速度、保真度、多量子位器件尺寸等性能特征值，为学界提供统一定义的品质因数参考，便于不同自旋量子位平台的比较。
2026-10-20 cond-mat.mes-hall
Optical detection of the quantum Hall effect in silicon nanostructures
Ioffe Institute（约费研究所）；Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University（彼得大帝圣彼得堡理工大学）
通过硅纳米结构中的光学检测，揭示了量子霍尔效应在高温下的非耗散传输机制及霍尔电阻量子阶梯的奇偶分数值特性。
2026-02-03 cond-mat.mes-hall
Coherent spin dynamics of electrons and excitons in nanostructures
半导体低维系统中自旋现象的研究已发展成为凝聚态物理中一个迅速发展的领域：自旋电子学。在这一领域，最紧迫的问题，无论是基础和应用，是载流子自旋极化的创建和检测，以及电子自旋控制的双折射方法。本文综述了近年来用泵浦-探测方法研究电子、空穴及其复合物自旋动力学的一些成果。讨论了短圆偏振光脉冲作用下载流子及其复合体自旋取向的微观机制，以及探测脉冲偏振面的法拉第旋转、克尔旋转和诱导椭圆率自旋信号的形成过程。一个特别注意的是比较的理论概念与实验数据上获得的n型量子阱和量子点阵列样品。
2012-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin polarization recovery and Hanle effect for charge carriers interacting with nuclear spins in semiconductors
本文报道了半导体结构中载流子与涨落核自旋相互作用的自旋极化恢复和Hanle效应的理论和实验研究。我们从最简单的静态和各向同性核自旋涨落模型开始理论描述。然后，我们描述了由于超精细相互作用的各向异性，有限的核自旋相关时间，和强脉冲自旋激发的极化恢复和汉勒曲线的修改。对于后者，我们描述了法拉第几何中的共振自旋放大效应，并讨论了量子芝诺效应的表现形式。选择各种结构和实验条件的实验结果集，以突出理论预测的特定效果。我们表明，自旋极化恢复是一个非常有价值的工具，用于解决半导体及其纳米结构中的载流子自旋动力学。
2020-09-10 cond-mat.mes-hall
Wannier-Function-Based Approach to Coupled Exciton-Phonon-Photon Dynamics in Two-Dimensional Semiconductors
本文提出基于Wannier轨道投影的多体理论框架，研究二维半导体中载流子、激子、声子与光子的耦合动力学，并在单层MoSe₂中揭示双声子关联对非马尔可夫效应和准粒子建立的关键作用。
2025-03-17 cond-mat.mes-hall
Imaging electron flow and quantum dot formation in MoS2 nanostructures
在新发现的二维（2D）材料中，MoS 2的半导体薄片显示出纳米电子学的潜力。然而，MoS 2中的载流子迁移率受到来自表面杂质和衬底的散射的限制。为了探测散射源，我们使用冷却扫描探针显微镜（SPM）在4.2 K下对MoS 2霍尔棒样品中的电子流进行成像。电容耦合到SPM针尖改变下面的电子密度，并散射附近流动的电子;当针尖在样品上进行光栅扫描时，可以通过测量两个触点之间的电阻变化来获得流动的图像。我们目前的图像电流通过一个大的接触，衰减指数远离样品边缘。此外，图像显示了当用背栅耗尽密度时，围绕量子点的库仑阻塞电导环的特征“靶心”图案。我们使用电容模型估计这些量子点的大小和位置。
2017-01-26 cond-mat.mes-hall
Thomas precession, persistent spin currents and quantum forces
我们考虑由自旋轨道相互作用引起的T不变自旋电流，这种相互作用起源于纳米结构中自旋载流子的受限运动。由此产生的托马斯自旋进动是一种基本的纯运动学相对论效应，发生在载流子的加速度不平行于它们的速度时。在载流子（例如电子）具有磁矩的情况下，由于自旋电流的电场而产生的力在某些条件下可以超过范德华-卡西米尔力几个数量级。我们还讨论了一个可能的实验设置量身定制的使用这些力量检查的存在下，一个非零的异常磁矩的光子。
2013-12-23 cond-mat.mes-hall
Observation of multi-directional energy transfer in a hybrid plasmonic-excitonic nanostructure
混合等离子体激元器件涉及支持局部表面等离子体激元以放大光-物质相互作用的纳米结构金属，以及使电荷激发功能化的非等离子体激元材料。然而，应用相关的外延异质结构，引起弹道超快动力学，挑战传统的半经典理解单向纳米到衬底的能量转移。我们研究外延金纳米岛WSe $_2$与时间和角度分辨的光电子能谱和飞秒电子衍射：这种技术的结合解决了材料，能量和动量的电荷载流子和声子激发的异质结构。我们观察到强烈的非线性等离子激元-激子相互作用，该相互作用非常有效地将子带隙光子的能量转移到半导体，使金属冷却，直到非辐射激子复合在数百飞秒时间尺度上加热纳米颗粒。我们的结果解决了时间尺度比纳米金属电子热化更短的多方向能量交换。电子-声子耦合和扩散电荷转移决定了随后的能量流。这种复杂的动力学为光电和光催化应用开辟了前景，同时为最先进的建模提供了一个约束性的实验测试平台。
2022-11-29 cond-mat.mes-hall
Electron-electron scattering effect on spin relaxation in multi-valley nanostructures
本文发展了多谷量子阱中电子-电子碰撞对Dyakonov-Perel自旋弛豫影响的理论。结果表明，控制自旋弛豫的电子-电子散射速率不同于单谷系统。该理论被应用到Si/SiGe（001）生长的量子阱中，其中两个谷同时被自由载流子填充。计算并讨论了自旋弛豫速率随温度、电子浓度和谷轨道分裂的变化关系。我们证明了在很宽的温度范围内，电子-电子碰撞可以控制高质量Si/SiGe量子阱中的自旋弛豫。
2009-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Dielectric environment mediated quantum screening of one dimensional electron gas
放松“无限均匀背景”假设，计算了一维半导体纳米线在介电环境中的介电响应函数。结果表明，高介电常数（高于半导体介电常数）的介电环境降低了纳米结构内部自由载流子的屏蔽作用，而低介电常数的介电环境增加了自由载流子之间的库仑相互作用，增强了屏蔽作用的强度。在长波长极限下，电子气的介电屏蔽和集体激发仅由环境而不是半导体决定。静态介电函数的行为是特别解决在一个特定的波矢q=2k_F;波矢普遍出现在电荷输运的纳米结构
2011-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Collective dynamics of excitons and polaritons in semiconductor nanostructures
时间分辨光致发光是研究半导体纳米结构中激子和极化激元集体动力学的有力手段。我们提出了一种双激发脉冲技术来诱导量子阱中激子发射的超快和可控猝灭。当激子布居已经存在于样品中时，由激光脉冲的到达引起的载流子的升温的幅度给出下沉的深度。我们利用这种方法研究了半导体微腔中极化激元的弛豫机制，这对于增强非共振激发下极化激元凝聚的条件具有重要意义。我们还探讨了在触发光学参量振荡器配置中的较低极化激元分支中共振产生的极化激元流体的动力学，显示了极化激元超流性的证据，并开辟了量子流体实时研究的道路。
2009-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Direct observation of dynamic surface acoustic wave controlled carrier injection into single quantum posts using phase-resolved optical spectroscopy
基于声表面波对皮秒激光脉冲的主动锁相，提出了一种多功能频闪技术，用于动态声电效应的监测。采用时间积分多通道探测方法，研究了不同频率的声表面波对量子阱发射的调制。对于量子职位，我们解决了动态控制的中性和带电激子的产生和优先注入到本地化的纳米结构内的状态的空穴。
2010-11-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ab initio Self-consistent GW Calculations in Non-Equilibrium Devices: Auger Recombination and Electron-Electron Scattering
本文提出基于NEGF和自洽GW近似的第一性原理方法，模拟一维单壁碳纳米管中的载流子相互作用，成功预测俄歇复合、热载流子弛豫和碰撞电离，并推断了不同器件构型下的电子-空穴对寿命。
2023-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Selection Rules for Non-Radiative Carrier Relaxation Processes in Semiconductor Quantum Dots
利用辐射级联的时间分辨强度互相关测量方法研究了半导体量子点中受激载流子的非辐射弛豫过程。我们光谱识别间接辐射级联，其中包括中间声子辅助弛豫。第一光子的能量揭示了非辐射弛豫之前的多载波配置，而第二光子的能量揭示了弛豫之后的配置。因此，强度互相关测量提供了非辐射过程及其选择规则的定量测量。我们建立了一个模型，它准确地描述了电子-声子和电子-空穴交换相互作用的实验观察。我们的测量和模型为半导体纳米结构中的工程弛豫过程提供了一种新的工具。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Purcell factor for plasmon-enhanced metal photoluminescence
本文提出解析模型描述低于衍射极限金属纳米结构中MPL增强机制，推导出任意形状结构的MPL Purcell因子普适表达式，并揭示直接复合与天线介导过程干涉导致MPL光谱带蓝移。
2023-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent population transfer in coupled semiconductor quantum dots
我们提出了一种在两个耦合半导体量子点中实现受激拉曼绝热通过的方法。两个脉冲激光场的适当组合允许两个纳米结构之间的相干载流子转移，而不会由于环境耦合而遭受显著损失。利用双点结构中载流子态的一般解，我们确定了有关的点和激光参数。
2000-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Detection of the anomalous velocity with sub-picosecond time resolution in semiconductor nanostructures
我们报告的时间分辨探测的异常速度，构成载流子移动垂直于电驱动场，在未掺杂的GaAs量子阱。为此，我们用圆偏振飞秒激光脉冲光学激发量子阱，从而产生一种打破时间反演对称性的状态。然后，我们采用一个准单周期太赫兹脉冲作为电驱动场诱导反常速度。从异常速度发射的电磁辐射的研究与亚皮秒的时间分辨率，揭示了有趣的结果。我们能够区分内在的（链接到Berry曲率）和外在的（链接到散射）的贡献都起源于价带的异常速度和观察当地的能量空间依赖的异常速度。因此，我们的研究结果构成了一个重要的一步，非侵入性探测的异常速度本地在全能量/动量空间，使许多流行的物理效应，如异常霍尔效应和自旋霍尔效应超快时间尺度上的调查。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Surface acoustic wave controlled carrier injection into self-assembled quantum dots and quantum posts
报道了利用射频声表面波（SAW）对自组装量子点和量子柱进行声电控制的最新进展。我们表明，这些光学活性纳米结构的占据状态可以通过SAW诱导的光生激子的解离和由此产生的顺序双极载流子注入，这强烈有利于形成中性激子的量子岗位相比，传统的量子点控制。我们展示了高保真度制备的中性双激子，这使得这种方法适用于确定性纠缠光子对的产生。声表面波驱动的声电荷传输被发现是非常有效的宽量子阱周围的量子柱。最后，我们提出了直接观察的声学触发载流子注入到远程定位，个人量子职位，这是所需的低抖动SAW触发单光子源。
2011-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic approach to the quantized light-matter interaction in semiconductor nanostructures: Complex coupled dynamics of excitons, biexcitons, and photons
Paderborn University（帕德博恩大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本文提出一个微观量子模型，研究半导体纳米结构中光-物质相互作用，揭示双激子连续态对动力学的显著影响。
2025-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave spectroscopy of few-carrier states in bilayer graphene quantum dots
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
利用cQED技术研究双层石墨烯量子点中少载流子态的微波光谱学，揭示自旋和谷态特性，展示其在量子比特操控中的应用潜力。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of highly excited semiconductor nanostructures including Auger coupling: exciton-bi-exciton mixing in CdSe nanocrystals
我们提出了一种限制在半导体纳米结构中的高激发相互作用载流子的理论，并结合了具有不同激发次数的激发态之间的俄歇耦合。导出了连接激子、双激子和三激子复合物的库仑矩阵元，给出了中性多激子复合物断裂成带正、负电荷多激子复合物的直观图象。通过分析CdSe球形纳米晶体中双激子和激子的耦合，说明了一般的方法。电子和空穴态的计算使用原子$sp^3d^5s^*$紧束缚哈密顿量，包括一个有效的晶体场分裂和表面钝化。对于每一个数目的电子-空穴对的多体光谱计算的组态相互作用的方法。低能量相关的双激子能级被分解成带电荷的复合物：一个空穴和一个带负电荷的trion以及一个电子和一个带正电荷的trion。在高激发态激子谱中，通过俄歇过程发现了一个耦合到双激子能级的子空间。关联双激子和激子态之间的相互作用是用精确对角化技术处理。这允许提取的双激子的光谱函数，并将其特征宽度和振幅的耦合系统的相干时间演化的特征振幅和时标。结果表明，这个过程可以描述的费米黄金法则，只有当一个快速弛豫的激子子系统占。
2011-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum-kinetic perspective on photovoltaic device operation in nanostructure-based solar cells
下一代高效太阳能电池的各种新概念的实现是基于具有配置可调光电特性的纳米结构。另一方面，有效的纳米光学光捕获概念使得能够使用超薄吸收体架构。在这两种情况下，电子和光学状态的局部密度强烈偏离均匀的块状材料。与此同时，隧道效应或弹道输运等非局部和相干现象变得越来越重要。因此，半经典的，扩散体图片传统上假定可能不再是适当的，以描述的物理过程的产生，运输，和重组管理这样的设备的光伏操作。在这篇综述中，我们提供了一个量子动力学的角度来看光伏器件的操作，达到超出了散装太阳能电池的标准模拟模型的限制。通过将半经典模型对关键物理量（例如吸收系数、发射光谱、产生和复合速率以及电势、密度和电流）的预测与基于非平衡量子统计力学的更基本描述给出的相应性质进行比较，在基于超薄膜和纳米结构的太阳能电池架构中评估与体物理的偏差。这种先进的方法，同时铺平了道路，以全面的量子理论的photopolics，桥梁模拟微观材料和宏观器件水平提供的载流子动力学在介观尺度。
2017-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
