3、量子环：纳米世界的独特探索

量子环：纳米世界的独特探索

1. 纳米结构与量子环的重要性

纳米结构作为二十一世纪高科技产业的基石，是新制造技术、新表征仪器和新理论见解的摇篮。1997年，García等人在InAs/GaAs系统中发现了直径几十纳米的量子环（QR）的自组织形成，这为半导体量子环的制造、表征和研究开辟了前所未有的前景，同时也能对其大小和形状进行控制。

2. 量子环的自组装：部分覆盖生长法

• 制造过程 ：通过分子束外延（MBE）生长InAs自组装量子点，利用部分覆盖工艺可以改变其形状和大小，从而制造出自组装量子环。制造过程通过原位反射高能电子衍射（RHEED）技术、横截面透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）测量进行监测。
• 形成机制 ：
  • 动力学扩散 ：In原子在界面处的扩散迁移率比Ga原子高，因此可以从部分覆盖的量子点中扩散到周围GaAs表面，形成环形的InGaAs岛。
  • 热力学驱动的去湿 ：部分覆盖的InAs/GaP岛表面和界面力的不平衡导致去湿现象。实验和理论都证实了在部分覆盖下，由于应力诱导的熔化效应，InAs量子点顶部会形成液态In滴。

与光刻定义的介观量子环不同，嵌入GaAs矩阵中的自组装量子环可以在量子极限下工作，不受散射过程导致的退相干影响。通过光致发光（PL）、时间分辨PL和PL激发以及光发射显微镜等方法，对自组装量子环的能量光谱进行了深入研究。此外，量子环嵌入异质结构中，可以通