13、自组织量子环的物理特性研究

自组织量子环的物理特性研究

1. 通过磁化观测AB效应

在对高度均匀的InAs自组装量子环（QRs）集合的研究中，通过电子的磁矩检测到了持续电流的AB振荡。具体实验过程如下：
- 实验测量 ：使用扭矩磁力计进行磁化实验，测量温度为T = 1.2K和T = 4.2K，磁场高达15T。磁力计灵敏度为2.8 × 10⁻¹² J/T，即B = 14T时为3 × 10¹¹μB，受机械噪声限制，噪声约为实验观测振荡幅度的8%。样品总磁化强度由约1.5 × 10¹¹个纳米结构产生，电子总数N ∼2.2 × 10¹¹。
- 数据处理 ：在整个磁场范围内，由于衬底和样品附近的抗磁、顺磁材料，观测到较大背景信号。为增强AB振荡的可见性，减去线性背景并将信号归一化到样品中电子总数N，得到每个电子的磁矩μ = M /N。为证明观测到的振荡不是背景扣除的伪像，还绘制了信号的一阶导数。

实验结果显示，在14T附近出现振荡，这是AB效应的特征。计算的磁化曲线表明，模型能准确解释观测到的AB振荡位置，与理想一维环预期的5T不同，这是由于自组装“火山状”QRs中的应变以及其单连通性的影响。高阶AB振荡强烈衰减，这是因为磁场在QRs边缘的存在增强了电子在绝热势极小值附近的局域化。

2. 量子环中双电子系统和激子的理论

2.1 双电子系统

双电子在量子环中的哈密顿量表示为：
[H_{ee}(r_1, r_2) = H_e(r_1) + H_e(r_2) + V_{Coul}(r_1, r_2)]
其中(H_e(r_1))是单电子哈密顿量，(V_{Coul}