[00645283]纳米结构材料光电特性与量子光学效应的理论及应用

量子电子学和量子光学效应使得纳米结构材料作为新型微纳器件的基础构件，在纳米电子学、量子信息、生命科学等方面具有极其重要的应用前景和发展空间。长期以来，课题组对纳米结构材料光电特性与量子光学效应进行了系统深入的研究。主要科学发现如下：

1.量子点-微腔相互作用。项目组在腔量子电动力学框架内，研究了量子点-双模微腔耦合系统的反常光子阻塞效应，提出了双模泵浦激励模型，并指出利用双模微腔可以实现高性能单光子源。研究了在磁场作用下的量子点与双模微腔耦合系统对脉冲激励的非线性响应、偏振敏感性，可用于光子级光开关和偏振转换。在偏振脉冲激励条件下，基于多路径量子干涉相消，首次实现了极少光子层次的全光逻辑器件。

2.材料生长机制与光电特性。项目组研究了高品质半导体纳米材料的生长机制，提出了基于剩余应变能的全能量平衡判据，定量预测了量子点、纳米线无位错生长的临界尺寸。提出并研究了利用量子点应变场抑制衬底贯穿位错的机理，计算并预测了量子点能够抑制贯穿位错传播的区域。研究了应变、压电、组分分布、缺陷、掺杂、刻蚀等对纳米材料电子结构和光学特性的影响和调制作用，揭示了多元量子点和纳米线内部自发非均匀组分分布的形成物理机制。基于6带KP理论研究了量子点、量子环的几何参数对基态能量、跃迁能等电子结构的影响。

3.微纳光学材料结构设计与应用。项目组设计了新型光子带隙结构、光子晶体微腔、光子晶体波导结构，可以用于实现量子点-微腔强耦合系统；设计了用于超慢光传输的能带平坦的光子晶体波导。研究了基于金属表面等离子体波导的温度传感器结构；提出和设计了多种太阳能电池结构。

从2005年起，项目组长期致力于纳米结构材料的研究，基于自主创新成果，已经获得国家发明专利授权2项；国际会议特邀报告6篇；发表SCI论文132篇，SCI总影响因子226.708，SCI他引总数达462次，10篇代表性论文被SCI他引98次，单篇最高SCI他引28次。项目组主要成员2获得教育部新世纪人才计划资助。培养的博士研究生获得北京市优秀博士学位论文1人（该项目的主要成员3），北京邮电大学优秀博士学位论文奖3篇。