相干声子的切连科夫发射研究

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近年来,在许多半导体材料及异质结结构中观察到高频相干声子。高强度的相干声子波可以开发多方面的应用,诸如光的太赫兹调制器,高频电子振荡发生器,微结构的非破坏性检测等。本文着重探讨在量子阱中通过漂移电子从而实现高频相干声子的切连科夫(Cerenkov)发射问题,为进一步研究激声装置(SoundAmplification by Stimulated Emission ofRadiation简称SASER)做前期理论研究。 本文所研究的切连科夫效应必须满足三个条件:较强的电子-声子耦合、较强的电子密度和较高的电子迁移率。既可以用于给定高频声学信号的放大,又可以用于高频声子流的产生。本文具有创新性的工作是从以下几个方面研究如何利用切连科夫效应来实现相干声子的激发。 (1)声学声子的约束对声波的量子化是一个非常重要的问题,本论文首先描述局域在一个半导体量子阱中的声子波,并且在一定的边界条件下对声波波动方程进行求解,得到了其解析解。 (2)找出了电子-声子经形变势能相互作用的作用能。进而推出一系列描述约束声学声子的产生与放大的方程。把半经典玻尔兹曼方程作为占支配地位的输运方程研究在强电场驱使下的结果,通过解动量平衡方程和能量平衡方程,得到电子漂移速度和电子温度与外电场的关系。 (3)利用只有纵声学波被约束在量子阱中的模型,得出了声子放大的分析结果并说明了放大效果的基本特性:尖锐的放大峰(在q所在区间的末尾达到),最大值在低温下达到(本文对应T=50k)。 基于切连科夫效应产生高频相干声子的电学方法目前未见文献报道。
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