磁场作用下椭圆量子环上激子和带电激子的基态能

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本文在有效质量的近似下,研究了垂直磁场作用下椭圆量子环上激子和带电激子(X-1)体系的基态能的Aharonov-Bohm(A-B)振荡。在数值计算过程中,我们采用绝热近似情况下的椭圆量子环模型,在极坐标系下将体系的哈密顿矩阵元进行化简,最后利用矩阵对角化的方法求解哈密顿的特征值,得出体系的基态能。并对结果进行分析讨论,得出如下结论:(1)圆环上激子和带电激子的基态能随着磁场的变化,呈现出明显的A-B振荡,振荡形式相似,振荡周期相同。随着圆环半径的增大,为了实现相同的磁通量,磁场强度就会减小,体系的振荡周期减小。由于动能项在能量上的影响减弱,使振幅减小。库仑相互作用势也减小,但是在整个能量中逐渐占主导地位,使体系的基态能增大,A-B效应逐渐消失。(2)椭圆环上的激子,随着离心率的增加,椭圆环的几何形状越来越扁,环的面积逐渐减小,要实现一定的磁通量,需要增加磁场强度,振荡周期变大。由于椭圆环的空间束缚增强,使环的平均半径变小,库仑相互作用势增强,基态能增加。波函数向椭圆环的两端聚集,破坏了体系的相干性,A-B振荡不明显。(3)椭圆环上的带电激子,比激子体系多一个电子,那么能量中多了一个动能项和两个相互作用势,使整个体系的基态能比激子的低。随着离心率的越来越大,量子环越来越扁,椭圆环的有效面积变小,要达到相同的磁通量,就需要增强磁场强度,所以振荡周期增大。环的平均半径减小,库仑相互作用势增加,基态能增加。椭圆环的形状越扁,破坏了波函数的周期性边界条件,使波函数在椭圆量子环上出现的几率不均匀,影响了体系的对称性,A-B振荡逐渐消失。
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