磁场对耦合双量子盘中类氢杂质性质的影响

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在有效质量近似下,采用简单的尝试波函数,利用变分方法数值计算了在有限势垒和无限势垒两种情况下的对称GaAs/Al0.4Ga0.6As耦合双量子盘中类氢杂质体系的基态束缚能。我们研究了在不同的磁场强度下量子盘的半径、中心垒厚、量子盘的厚度以及施主离子位置对体系基态束缚能的影响,并就体系基态束缚能随磁场强度的变化进行了讨论。我们发现此体系的基态束缚能随量子盘的半径的变化情况与单量子盘的变化情况类似但数值偏小,这与两个量子盘间的耦合作用有关。对于一定尺寸的量子盘而言,这种耦合作用将随着中心势垒厚度的增加而减弱,当中心垒厚增大到一定程度后这种耦合作用将会消失,这时我们的计算结果与单量子盘的结果一致。体系基态束缚能的变化受量子盘厚度的影响与现有理论符合得很好,两个量子盘之间的电子遂穿效应增强了彼此间的耦合作用致使我们的计算结果同样小于相应的单量子盘的结果。在一定尺寸的量子盘和中心垒厚的情况下,我们还发现空间限制作用比磁场的限制作用对体系基态束缚能的影响要大得多,并且无论施主离子在沿轴向任何位置时体系基态束缚能都随磁场强度的增大而线性增加。通过对有限和无限势垒两种情况下体系基态束缚能随量子盘半径变化情况的比较,我们发现在有限势垒情况下有一个明显的峰值,这是由于波函数向周围的有限势垒中的渗透作用造成的,并且这种渗透作用与磁场的强度和空间限制势的大小有关,但是这个峰值的大小和出现的位置与磁场强度无关。随着量子盘的半径的增加这种渗透作用将会减小,当半径增加到无限大时,这两种情况下的计算结果将趋于一致并且都能够与相应的耦合双量子阱的结果很好地符合。我们的计算结果表明:在空间限制作用较弱时,磁场限制能够更加明显地提高体系基态束缚能。通过观察我们还可以清楚地看到,体系基态束缚能随施主离子位置从势垒中心向右量子盘中心移动的过程中逐渐增大,并且在右量子盘中心位置附近达到最大值,然后基态束缚能随着施主离子远离盘中心开始减小,在到达量子盘边时由于其所邻近的势垒对电子的束缚较强,所以施主离子在盘边时的基态束缚能仍大于在垒边时的基态束缚能。另外我们发现,与施主离子在盘心时相比施主离子在垒心时电子几率密度分布地更加对称,并且磁场强度的变化并不能改变电子几率的对称分布情况。当施主离子在垒心时,在两个盘的中心处都能够发现电子几率分布的峰值,而施主离子在盘心时,只能在施主离子所在盘心看到一个较大的峰值。对磁场作用下的耦合双量子盘中施主杂质基态束缚能和电子几率密度的研究可以使我们更好的理解这种低维半导体体系的光学性质和电学性质。
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