砷化镓纳米线的光学性质的电势与径向的平方距离成反比

文摘

光学性质的理论研究圆柱形量子线(CQW)。属性研究光学吸收系数(AC)和折射率的变化(CRI)的量子线。特别是,逆抛物势对CQWs光学性质的研究。这是通过求解薛定谔方程在有效质量近似得到波函数。逆抛物势降低转换能量,因此红移峰的交流,以及反常色散区域变化的依赖在折射率光子能量。逆抛物势的大小也影响光学量,减少了交流和增强国际。这些属性的反抛物线的电势能nanodevice技术的广泛应用,一些细节的讨论。

1。介绍

纳米制造技术的出现开创了一个时代的量子效应可以为各种应用程序和控制同样重要的是,纳米尺度上探索自然现象。纳米技术已经使科学界在处理大量不同大小的纳米结构和几何图形1- - - - - -3]。这些纳米结构应用在各种各样的学科。在医学上,他们利用在骨学等广泛的分支机构,例如,使用纳米线和纳米颗粒与缺陷修复骨骼(4]。硅nanoribons也被用作生物传感器来检测癌胚抗原(5]。钛酸盐纳米线的潜力从环境中去除铀(VI)一直在研究[6]。一些纳米线显示巨大的潜力作为催化剂在氧化锌纳米线的情况下(7]。王等人成功地证明了双垒纳米结构与量子点可以作为光电探测器(8]。其他纳米结构上转换发射能力将是非常有用的在活的有机体内光学成像(9),而其他人则被用来提高太阳能电池的效率(10]。

大多数这些应用程序依赖的光电性质组成纳米结构。因此调查的关键组成纳米结构的光学性质。这促使研究人员把他们的注意力转向理解纳米结构的光学性质。Kumari等人研究了纳米结构的折射率的变化依赖于纳米线的光强度和长度(11]。光学性质的横向耦合量子线进行了研究,结果显示线性和非线性吸收系数成为蓝移当纳米线接近彼此12]。其他纳米线的光学性质的研究表明,外部磁场和电场修改纳米结构的吸收系数(13,14]。一个倾斜的电场对光学吸收的影响量子线也被报道的15]。噪音的影响杂质掺杂量子点的光学特性也被全面研究[16- - - - - -18]。操纵光学特性的另一种方法是通过空间变异的电动电位,例如,Tietz潜力(19),潜在的步骤(20.],力量指数潜力[21),和逆抛物势22]。空间变异的电动电位是至关重要的,因为他们可以用来修改属性的量子结构无需干涉结构的大小。

在这种沟通,逆抛物势的影响在纳米线的光学性质研究。逆抛物势叠加在一个无限的圆柱广场(ICSW)。薛定谔方程解出了在有效质量近似。这份报告有以下组织结构:部分2介绍了理论问题的治疗,部分3处理结果和讨论,结论可以在部分4。

2。理论模型

设想的系统是一个圆柱形量子线(CQW)的半径R和很长的长度,这可能是,例如,砷化镓(砷化镓)纳米线嵌在玻璃基质或可能是一个独立的圆柱形纳米线。纳米线是设想的带负电荷的链(半径 )躺在纳米线的轴线,通过nanopatterning可以通过不同晶格的浓度。为 ,监禁电势可以模仿 其它地方也是无穷,是电子的有效质量和是角频率与经典谐振子。考虑我们的系统的几何和由于哈密顿的可分性,波函数将在表单 ,在圆柱坐标。在这里,米是量化角动量,角量子数l径向量子数,是归一化常数。是轴向波数的径向分量满足薛定谔方程的波函数 与在径向约束能量。上面的二阶微分方程的解是贝塞尔的线性组合J和Y功能。的贝塞尔Y发散在原点,因此必须丢弃的解决方案一个坚实的圆柱形量子线,离开贝塞耳J函数是唯一幸存的解决方案: 在这里, 和 。应用界面的边界条件对波函数的连续性,到达一个电子的能量谱的表达式在一个CQW逆抛物线的潜力 在哪里贝塞尔的根源吗J功能和是轴向对电子的总能量的贡献。

2.1。光学性质

考虑一个圆偏振单色角频率的电磁辐射事件在一个圆柱形量子线。只是吸收入射辐射的可能的能量辐射, ,同步之间的能量差不同状态之间的转换是可能的。一阶、三阶吸收系数可以评价一个水晶的利用密度矩阵的方法结合微扰展开法通过(11- - - - - -14] 在哪里 在上面的,精细结构常数,电子密度,体积晶体的折射率。入射辐射的强度和吗电子电荷而吗 转换能量,和最初的能量也是最后一个州。 矩阵元素耦合一个状态到另一个而是线宽与不同状态表示的下标吗和 。总交流是根据计算 能源节约δ函数与洛伦兹所取代 也有用审查量子结构的折射率的行为如果在opto-electro-nanodevices得到有效利用。第一,三阶贡献的折射率变化(13] 和 在哪里 在上面的,光在真空中的传播速度,CQW的介电常数,材料的磁导率。同样,通过总结中国国际广播电台

3所示。结果与讨论

这些计算中使用的值(砷化镓晶体相关),自由电子的质量, , , ,和 (11]。在整个通信、量子线的半径一直保持不变 和辐射强度固定 。

图1描绘了吸收系数的依赖的光子能量量子线的半径 。这两个图表ICSW已经生成 和量子线与逆抛物线潜在的力量 。结果 情况下同意那些文献[14,23]。从图可以看出,逆抛物势红移的山峰AC。这是由于这样的事实,这种潜在的降低转换能量,增加强度(24]。跃迁能量的能量差异状态之间的转换。同时,逆抛物线潜在减少交流的大小,这是由于这一事实可能关闭之间的差距矩阵元素和 ;也就是说, 减少单调增加逆抛物线的潜力。双峰值出现由于(负面)三阶吸收系数的贡献,和合并成一个单一的峰为辐射强度很低 。增强的双峰值图1是由于逆抛物势的影响在两个第一,三阶贡献AC。这是图形所示数据吗2(一个)和2 (b)描述变化的第(a)和第三(图2 (b)山峰的AC)贡献逆抛物线的潜力。三条曲线的数据2(一个)和2 (b)已生成的前三个径向量子数的圆柱形量子线半径 ,为 转换。首先,这可能大大减少大小的山峰一阶谐振交流,无论涉及的方位和径向量子数。第二,山峰的最初三阶交流减少增加逆抛物线潜在力量,开始增加渐近在达到某一最低的 转换。为 三阶交流的情况下,变化的特点是地区逆抛物势的大小减少三阶AC。例如,纳米线的半径 ,这个地区大约是 为 和 和 为 。尽管有这些细微变化,随着逆抛物势增加,共振的三阶交流并不多,不同,对于这种情况~−附近的 。这与一阶谐振交流,得到大幅减少与增加的逆抛物线的潜力。因此,为 交流,逆抛物势促进负三阶的贡献虽然减少了(积极的)一阶的贡献,因此减少交流在共振。因此预计逆抛物势会降低疗效提高开发的双高峰 转换;例如在这种情况下,潜在的优势 ( )和 和 ( )不会促进发展的双峰值。

图3显示变化的交流与逆抛物势量子线的半径 ,光子能量的不同的值: ,和 。山峰的交流转向高价值逆抛物势的光子能量减少。吸收光子能量的同时,过渡时的能量。对一个无限的圆柱广场(ICSW) 的半径 ,基态之间的跃迁能 和第一激发态 大约是 。因此,辐射的能量的价值在这个数字小于使用 转换能量。这意味着电子在一个ICSW半径将吸收和辐射都有选中的能量图3由于过渡,在这个特殊的情况下, 过渡。自反抛物线势降低过渡的能量,它可以用来优化纳米线在纳米线的大小的情况下都有特定的值。当光子能量减少,更高的价值的潜在需要过渡的能量等于光子能量,引入系统共振。

图4说明了AC(涉及基态)的函数逆抛物势的强度径向量子数l= 1,2,l= 3。在这里,量子线的半径 是辐射的电磁辐射能量 。转变能量与高径向量子数通常比那些与低径向量子数有关。因此,固定光子能量,电子具有较高的转换l值需要更多值反抛物线可能带来系统的共振。

图5描述了按比例缩小的折射率变化(CRI), ,一个圆柱形量子线的半径 光子能量的函数不同的逆抛物势值不同的步骤从 (厚情节明显0) (图30)。在低辐射场强度的变化特点是区域在哪里增加而增加电磁辐射的能量(称为正常色散区域)和一个地区,它随增加能量的辐射(称为反常色散区)(25]。如前所述,逆抛物势降低转换能量,因为它加剧。这表现为红移的国际反抛物线潜在的增加。逆抛物势的一个额外的影响是增强中国国际广播电台的大小。这是归因于这样一个事实,这潜在的“自慰”离轴电子线,表示通过电子波函数的峰值转向墙上的纳米线24]。这增强了波函数重叠的初始和最终状态。

图6说明了中国国际广播电台的依赖一个圆柱形量子线强度的倒数前三个径向抛物线潜力量子数。在这里,电磁辐射的能量 事件在一个圆柱形量子线的半径 。转变能量与更大的径向量子数通常高于降低径向量子数。这也是插入的图,在扩展国际策划作为光子能量的函数了前三个径向量子数:插图显示反常色散区域转向更高的能量l值增加。因此,对于一个给定的光子能量,需要更高的逆抛物势值系统共振。依赖的另一个特征的国际反抛物线潜力是当地的峰值的出现,这种潜在的影响的结果在电子的径向波函数(24]。

4所示。结论

光学性质的圆柱形量子线逆抛物线势叠加在一个无限的圆柱广场了。通过求解薛定谔方程获得的波函数是在有效质量近似。结果表明,逆抛物势红移的峰值吸收系数(AC)和折射率的变化异常区(CRI)的圆柱形纳米线。此外,逆抛物势的大小减少交流虽然增强了CRI的大小。这些属性的逆抛物势使它成为一个非常有吸引力的工具操纵纳米结构的光学性质,特别是在纳米结构的尺寸有特定的值。这可能非常有利于nanodevices的设计。

数据可用性

这项研究是纯粹的理论;没有数据。

信息披露

本文的研究和出版并不是由任何财政支持身体。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者想表达诚挚的感谢Lefika k . Maphage Larona Radisigo, Othusitse大肠Modise, Modise Garegae协助编辑的手稿。

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