Theoretical studies of optical transitions in semiconductor quantum structures

Julkaisun otsikon käännös: Teoreettisia tarkasteluja puolijohteiden kvanttirakenteiden optisista transitioista

Osmo Vänskä

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Puolijohdemateriaaleista valmistetut nanorakenteet ovat funktionaalinen osa ledeissä, puoli-johdelasereissa ja elektroniikan komponenteissa. Rakenteiden pieni koko johtaa väistämättä siihen, että toiminnallisuuden mallintaminen ja ymmärtäminen edellyttää kvanttimaailman ilmiöiden tarkastelua. Optoelektronisten laitteiden teoreettisen tutkimuksen kannalta tämä tarkoittaa valon ja puolijohdemateriaalin välisen vuorovaikutuksen tutkimista. Tämä tutkimus lisää tietämystä siitä kuinka valo ja materia vuorovaikuttavat keskenään sekä mahdollistaa täysin uusien toiminnallisuuksien löytämisen. Väitöskirjassa luodaan uutta pohjaa kvanttirakenteissa esiintyvien ilmiöiden selittämiseen. Mielenkiinnon kohteena on ollut generoida teoreettinen kuvaus sellaisille optisen kentän ai-heuttamille ilmiöille, joissa puolijohteiden viritystiloissa nähdään muutoksia esimerkiksi liikemäärässä tai spatiaalisessa jakaumassa. Työssä tarkastellaan kahta rakennetyyppiä, kvant-tirenkaita ja -kaivoja. Kvanttirengas on toroidin muotoinen objekti, joka on tilavuudeltaan hyvin pieni. Toinen tarkasteltava systeemi on kaksoiskaivorakenne, jossa tyypillisen kvantti-kaivon sijasta onkin kaksi kaivoa yhden tunnelointikerroksen eri puolilla. Jälkimmäisessä rakenteessa yhdistyvät tyypin I ja tyypin II puolijohdeominaisuudet paikka-avaruudessa, jossa elektronit ja aukot voivat olla joko samassa tai vaihtoehtoisesti eri kaivossa. Tärkeimmät tulokset ovat kvanttirenkaiden tapauksessa löydetty valon emissiokulmasta riippuva fotoluminesenssi sekä kaksoiskaivorakenteen yhteydessä ennustettu eri kvasi-hiukkasten paikan koherentti kontrollointi selektiivisesti. Koska tulokset kvanttirenkaiden osalta ovat kiinteästi yhteydessä ratakulmaliikemäärän vaihtoon sähkömagneettisen kentän ja puolijohteen kvanttitilojen välillä, voivat saavutetut tulokset osoittautua merkittäviksi kvantti-informaatioteknologian eri osa-alueilla. Tämäntyyppisestä trendistä on paljon viitteitä kvanttioptiikan alalla. Kaivorakenteessa löydetty kvasihiukkasten kontrollointi saattaa merkitä suurta teknologista edistysaskelta, sillä hyödyntämällä tätä efektiä voidaan tutkia kulkeutumisprosesseja eri materiaalien välillä, joista erityisen mielenkiintoinen esimerkki on sellainen ilmiö, jossa kvanttikorrelaatiot siirtyvät rajapinnan yli vaikuttamatta hiukkasten sijaintiin.
    Julkaisun otsikon käännösTeoreettisia tarkasteluja puolijohteiden kvanttirakenteiden optisista transitioista
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Tittonen, Ilkka, Vastuuprofessori
    • Kira, Mackillo, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6032-3
    Sähköinen ISBN978-952-60-6033-0
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

    Tutkimusalat

    • puolijohteiden kvanttirakenteet
    • optiset transitiot
    • kvanttirengas
    • kaksoiskvanttikaivo
    • valon ratakulmaliikemäärä
    • puolijohdekvanttioptiikka
    • koherentti kontrollointi

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Teoreettisia tarkasteluja puolijohteiden kvanttirakenteiden optisista transitioista'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä