本文選題：自組織量子點 + 經(jīng)驗贗勢�。� 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：確定性糾纏光源在量子信息技術(shù)中有重要的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的實驗方案中,它們一般是通過非線性參量下轉(zhuǎn)換過程實現(xiàn)的。但是這種糾纏光源不是確定性的,有很小的概率產(chǎn)生冗余的多光子糾纏,并且在每個脈沖中光子對的有和無完全是隨機(jī)的。為了克服這一困難,人們提出了基于量子點雙激子級聯(lián)躍遷產(chǎn)生確定性的糾纏光子對。這種糾纏光源的優(yōu)勢在于它每次可以確定性地產(chǎn)生一對糾纏光子對。但實現(xiàn)這種量子點糾纏光源的最大困難是,在級聯(lián)過程中單激子的兩個偏振態(tài)的能量不是簡并的,存在一個能量差,被稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂。精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂的存在會破壞光子的糾纏性,所以在實驗上很難實現(xiàn)量子點糾纏光源。在過去的十多年中,對量子點的精細(xì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究受到了廣泛關(guān)注。本論文主要討論外應(yīng)力對量子點精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂的調(diào)控。本文包含的主要工作如下:1.發(fā)展了有限溫度經(jīng)驗贗勢方法研究溫度對量子點光學(xué)性質(zhì)的影響:溫度對量子點的光學(xué)性質(zhì)影響很大,比如它會使得量子點的發(fā)光位置紅移。在我們的方法中溫度對經(jīng)驗贗勢的影響主要是通過Debye-Waller因子引入的。通過擬合體材料高對稱點的有效質(zhì)量,能隙以及它們的能帶隨著溫度的變化關(guān)系,我們確定了有限溫度經(jīng)驗贗勢理論中的相關(guān)參數(shù)。利用該方法我們計算了量子點發(fā)光能量和溫度的關(guān)系,與實驗結(jié)果吻合很好。我們發(fā)現(xiàn)量子點的精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂不隨溫度顯著變化。2.應(yīng)力對量子點精細(xì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控:量子點的精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂可以通過外力調(diào)控。我們討論了單軸應(yīng)力和組合應(yīng)力對量子點精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂的影響。我們證明利用組合的兩個單軸應(yīng)力,量子點的精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂可以被調(diào)節(jié)到接近零,從而可以在實現(xiàn)糾纏光源。該方案已經(jīng)被很多實驗驗證。3.應(yīng)力調(diào)控量子點物理性質(zhì)的模型理論:我們利用Bir-Pikus方法討論了應(yīng)力對量子點精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂的影響,并且解析推導(dǎo)了精細(xì)結(jié)構(gòu),激子偏振角等在外應(yīng)力下的行為。該方法得到的結(jié)果和經(jīng)驗贗勢方法得到的結(jié)果在數(shù)量級上是一致的。利用該方法,我們可以深入理解應(yīng)力對量子點精細(xì)結(jié)構(gòu)影響的微觀機(jī)制。4.波長可調(diào)的糾纏光源:盡管量子點可以作為理想的糾纏光源,而且也已經(jīng)在實驗上獲得了驗證,但是量子點的差異很大,不同的量子點的發(fā)光能量完全不同,無法實現(xiàn)不同量子點之間的糾纏。我們證明了利用三個獨立應(yīng)力,不僅可以完全消除其精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂,而且可以調(diào)節(jié)其波長,為實現(xiàn)可擴(kuò)展的量子點糾纏光源打下了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Deterministic entangled light sources have important applications in quantum information technology. In the traditional experimental scheme, they are usually realized by nonlinear parametric downconversion process. However, the entangled light source is not deterministic and has a small probability of generating redundant multiphoton entanglement, and the existence and absence of photon pairs in each pulse are completely random. In order to overcome this difficulty, a deterministic entangled photon pair based on quantum dot double excitons cascade transition is proposed. The advantage of this entangled source is that it can produce a pair of entangled photons at a time. However, the biggest difficulty in realizing this kind of quantum dot entangled light source is that the energy of two polarization states of single excitons is not degenerate in the cascade process, and there is an energy difference, which is called fine structure splitting. The existence of fine structure splitting will destroy the entanglement of photons, so it is difficult to realize quantum dot entangled light source experimentally. In the past decade, the regulation of the fine structure of quantum dots has attracted much attention. In this paper, we mainly discuss the regulation of external stress on the fine structure splitting of quantum dots. The main work of this paper is as follows: 1. The empirical pseudopotential method of finite temperature is developed to study the effect of temperature on the optical properties of quantum dots: temperature has a great influence on the optical properties of quantum dots, for example, it can make the luminous position of quantum dots red shift. In our method, the effect of temperature on empirical pseudopotential is mainly introduced by Debye-Waller factor. Based on the effective mass, energy gap and the relation of energy band with temperature, we determine the relevant parameters in the empirical pseudopotential theory of finite temperature. By using this method, we have calculated the relationship between the luminescence energy and the temperature of quantum dots, which is in good agreement with the experimental results. We find that the fine structure cleavage of quantum dots does not change significantly with temperature. Stress regulation of fine structure of quantum dots: fine structure splitting of quantum dots can be controlled by external force. The effects of uniaxial stress and combined stress on the splitting of fine structure of quantum dots are discussed. We prove that the fine structure splitting of quantum dots can be adjusted to close to zero by using two uniaxial stresses of the combination so that the entangled light source can be realized. This scheme has been verified by many experiments. Model theory of physical properties of quantum dots regulated by stress: we use the Bir-Pikus method to discuss the effect of stress on the splitting of fine structure of quantum dots, and analyze the behavior of fine structure, polarization angle of exciton and other external stresses. The results obtained by this method are consistent with those obtained by the empirical pseudopotential method. By using this method, we can deeply understand the microscopic mechanism of the effect of stress on the fine structure of quantum dots. Wavelength adjustable entangled light source: although quantum dots can be used as ideal entangled light sources and have been verified experimentally, the quantum dots differ greatly and the luminous energy of different quantum dots is completely different. Entanglement between different quantum dots cannot be realized. We prove that using three independent stresses can not only completely eliminate the fine structure splitting, but also adjust its wavelength, which lays the foundation for the realization of an extensible quantum dot entangled light source.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O471.1

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本文編號：1890841