مقاله پژوهشی: بررسی محاسباتی اثر تفاوت جرم الکترون و حفره بر ممان دوقطبی الکتریکی اکسیتون در نقطۀ کوانتومی مخروطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی/گروه فیزیک دانشگاه ملایر.

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد فیزیک/گروه فیزیک دانشگاه ملایر

چکیده

در مقالۀ حاضر، توابع موج اکسیتونی و ممان دوقطبی الکتریکی مربوط به آنها در یک نقطۀ کوانتومی مخروطی با قاعدۀ کروی به صورت عددی محاسبه می‌شود. برای انجام محاسبات از یک کد رایانه‌ای استفاده می‌شود که نویسندگان برای حل معادلۀ شرودینگر بر اساس روش اختلالی ”برهمکنش پیکربندی“ تدوین کرده‌اند. نتایج محاسبات نشان می‌دهد که اگر جرم مؤثر الکترون و حفره با هم برابر باشد آنگاه ممان دوقطبی اکسیتون برای تمام ویژه‌حالت‌های اکسیتونی مساوی با صفر خواهد بود. از طرف دیگر، وقتی که جرم الکترون و حفره متفاوت باشد اکسیتون دارای قطبش الکتریکی خواهد شد. در وضعیتی که جرم الکترون بیشتر از جرم حفره است جهت این ممان به سمت رأس مخروط است و هنگامی که جرم الکترون کمتر شود جهت آن وارون می‌شود. از این یافته چنین بر می‌آید که اختلاف جرم الکترون و حفره در نقاط کوانتومی فاقد مرکز تقارن (در اینجا مخروطی) باعث ایجاد قطبش الکتریکی ذاتی در اکسیتون خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Computational Investigation of Effect of Different Masses of Electron and Hole on Dielectric Moment of Exciton in a Conic Quantum Dot

نویسندگان [English]

  • Masoud Rezvani Jalal 1
  • Marziyeh Farahani 2
  • Ehsan Pakdaman Resa 2
1 Member of faculty/Department of Physics, Malayer University.
2 Graduated in M.Sc of Physics/Malayer University
چکیده [English]

The excitonic wave-functions and dipole moments in a conic quantum dot with spherical base are numerically calculated. To perform the computations, a computer code, developed by the authors to solve Schrodinger equation based on the perturbation method of “configuration interaction”, is used. The results show that if the effective masses of electron and hole are equal, then exciton dipole moment of all excitonic eigen-states will be equal to zero. On the other hand, the exciton will have dipole moment when the masses of electron and hole are different. When the electron mass is larger than that of hole, the moment orientation is directed towards the cone apex and when the electron mass become smaller the direction is inverted. From this finding it is revealed that difference of electron and hole masses in quantum dots lacking inversion center (here a conic one) causes an intrinsic electrical polarization in the confined exciton.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exciton
  • Effective Mass of Electron and Hole
  • Dielectric Moment
  • Conic Quantum Dot
[1] Ellis B., Mayer M. A., Shambat G., Sarmiento T., Harris J., Haller E. E., and Vukovic J., Ultralow-Threshold Electrically Pumped Quantum-Dot Photonic-Crystal Naocavity laser, Nature Photonics, 5, 297-300, 2011.
[2] Bimberag D., and Pohl U. W., Quantum Dots: Promises and Accomplishments, Materials Today, 14, 388-397, 2011.
[3] Weisbuch C., Benisty H., and Houdre R., Overview of fundamentals and applications of electrons, excitons and photons in confined structures, Journal of Luminescence, 85, 271-293, 2000.
[4] Nozik A. J., Multiple Exciton generation in semiconductor quantum dots, Chem. Phys. Lett., 457, 3-11, 2008.
[5] Bryant G. W., Excitons in quantum boxes: Correlation effects and quantum confinement, Physical Review, 37, 8763-8772,1988.
[6] Voss H., Numerical Calculation of the Electronic Structure for Three-Dimensional Quantum Dots, Computer Phys. Commun., 174, 441-446, 2006.
[7] Li Y., Voskoboynikov O., Lee C. P., Sze S. M., and Tretyak O., Electron Energy State Dependence on the Shape and Size of Semiconductor Quantum Dots, J. App. Phys., 90, 6416-6420, 2001.
[8] Li Y., Voskoboynikov O., Lee C. P., and Sze S. M., Computer simulation of electron energy levels for different shape InAs/GaAs semiconductor quantum dots, Computer Phys. Commun., 141,66-72, 2001.
[9] Timm R., Eisele H., Lenz A., and et al., Structure and intermixing of GaSb∕GaAs quantum dots, Appl. Phys. Lett., 85, 5890-5892, 2004.
[10] Kazaryan E. M., Petrosyan L. S., Shahnazaryan V. A., and Sarkisyan H. A., Quasi-Conical Quantum Dot: Electron States and Quantum Transitions, Commun. Theor. Phys., 63, 255–260, 2015.
[11] Rezvani Jalal M., and Pakdaman Resa E., Energy Levels and Wave Functions in a Conical Quantum Dot, Proceeding of the Annual Physics Conference of Iran, Sistan and Baluchestan Univestiry, Zahedan, 8-11 September, 2014 (in Persian).
[12] Rezvani Jalal M., and Farahani M., Numerical Calculation of Exciton Energy and Wave-Function in a Conic Quantum Dot, Proceeding of the Annual Physics Conference of Iran, Yazd Univestiry, Yazd, 28-31 August, 2017 (in Persian).
[13] Melnik R. V. N., and Zotsenko K. N., Finite element analysis of coupled electronic states in quantum dot nanostructures, Modeling Simul. Mater. Sci. Eng., 12, 465-477, 2004.
[14] Harrison P., and Valavanis A., Quantum wells, wires and dots: theoretical and computational physics of semiconductor nanostructures, 4th Ed., John Wiley & Sons, 197-220, 2016.
[15] Griffiths D. J., Introduction to Quantum Mechanics, Prentice Hall, 133-139,1995.