Theory of Electrons in Solids

固体电子理论

基本信息

  • 批准号:
    9721444
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1998-03-15 至 2002-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

9721444 Sham This is a renewal grant to fund a broad program of theoretical research on the electronic properties of condensed matter systems. A fundamental digital electronic device involves two states of the system. In a quantum system there is also the additional information of the phase difference of the wave functions for the two states. This additional quantum property is called the coherence. The importance of a coherent quantum device lies not just in the addition of one more piece of information, but in the propagation of the properties in a chain of such devices. For example, if each unit device is a logic gate, then the chain forms a quantum computer. Coherence dynamics is much studied in quantum optics. A logic gate using a trapped ion or an atom passing through an optical cavity has been demonstrated to work, but a long chain of such devices is impractical. A semiconductor heterostructure seems to be a more practical medium for a coherent quantum device. A theory of the physical processes which occur in the operation of a coherent semiconductor device constitutes the first research area. The issues germane to a quantum device are (1) addressing, (2) interaction, and (3) the various times in the process: onset, recovery, decoherence. The problem with applying the optically excited coherence to semiconductors is that the coherence lasts no more than a few picoseconds, and only at low temperatures. Neither condition enhances the prospects for a device. Ways of transferring the coherence to spin states with much longer decoherence time will be studied. Kikkawa et al. have found that doping of a quantum well and strong optical excitation make the optically excited spin memory several nanoseconds long, which persists even at room temperature. One possible explanation to be investigated is the polarization of the electron sea (from doping) by the optically excited electrons with a common spin direction. The Coulomb interaction effect create s a collective spin which is then not easy to perturb. The next step is to explore what interaction mechanism can be utilized for quantum coherence control. An electron optically excited leaves behind a hole. It has been suggested that such electron-hole coherence may exist in nature without laser excitation and that the collective action of many pairs may form a strongly correlated semiconductor. The second research area is to explore properties of such semiconductors and to look for likely materials. Of various classes of such correlated semiconductors, the most interesting possibility is electronic ferroelectrics. Large dielectric constants in a few samarium compunds are an encouaging sign. The electronic ferroelectrics would be more versatile than the conventional ferroelectrics for device purposes and the understanding of their strong electron correlation would be a piece of important basic physics. The third topic, related to the first one, is the theory of electrons carrying spins from a ferromagnet to a semiconductor. This is of relevance to the development of spin- dependent electronic devices, which would integrate magnetic devices with electronics. %%% This is a broad theoretical project to study the properties of semiconductor devices as components of quantum computers and other quantum devices. The properties necessary for new and novel states in matter will be explored and relevant materials identified. In particular, novel semiconductors will be investigated. ***
9721444 Sham这是一项更新拨款,用于资助一项关于凝聚态系统电子性质的广泛理论研究计划。 一个基本的数字电子设备涉及系统的两种状态。 在量子系统中,还存在两个态的波函数的相位差的附加信息。 这种额外的量子特性被称为相干性。 相干量子设备的重要性不仅在于增加了一条信息,而且在于在一系列这样的设备中传播属性。 例如,如果每个单元设备都是一个逻辑门,那么这个链就形成了一个量子计算机。 相干动力学在量子光学中被研究得很多。 一个逻辑门使用一个被捕获的离子或一个原子通过一个光学腔已经证明工作,但一个长链的这种设备是不切实际的。 半导体异质结构似乎是一个更实用的介质的相干量子器件。 在相干半导体器件的操作中发生的物理过程的理论构成了第一个研究领域。 与量子器件密切相关的问题是(1)寻址,(2)相互作用,以及(3)过程中的各个时间:开始,恢复,退相干。 将光激发相干性应用于半导体的问题在于,相干性持续时间不超过几皮秒,并且仅在低温下。 这两个条件都不能提高设备的前景。 我们将研究如何将相干态转移到退相干时间更长的自旋态。 Kikkawa等人已经发现,量子阱的掺杂和强的光激发使得光激发的自旋存储器长达几纳秒,甚至在室温下也持续存在。 一个可能的解释是被调查的极化的电子海(从掺杂)的光学激发的电子与一个共同的自旋方向。 库仑相互作用效应产生了一种集体自旋,这种自旋不容易被扰动。 下一步是探索什么相互作用机制可以用于量子相干控制。 一个电子被光激发后留下一个空穴。 有人认为,这种电子-空穴相干性可能在没有激光激发的情况下存在于自然界中,并且许多对的集体作用可能形成强关联的半导体。 第二个研究领域是探索这种半导体的性质,并寻找可能的材料。 在这类相关半导体中,最有趣的可能性是电子铁电体。 少数钐化合物具有较大的介电常数,这是一个令人鼓舞的迹象。 电子铁电体将比传统的铁电体更通用,用于器件目的,并且对它们的强电子相关性的理解将是一个重要的基础物理。 第三个主题与第一个主题有关,是电子从铁磁体到半导体的自旋理论。 这与自旋相关电子器件的发展有关,自旋相关电子器件将磁性器件与电子器件集成。 这是一个广泛的理论项目,研究半导体器件作为量子计算机和其他量子器件组件的特性。 新的和新颖的物质状态所需的属性将被探索和相关材料的识别。 特别是,将研究新型半导体。 ***

项目成果

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