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中国学科发展战略 半导体物理学进展 国家自然科学基金委员会，中国科学院 编 2020年版
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资料介绍
中国学科发展战略 半导体物理学进展
作者： 国家自然科学基金委员会，中国科学院 编
出版时间： 2020年版
丛编项： 中国学科发展战略
内容简介
《半导体物理学进展》从半导体物理学与现代高科技之间互为驱动的关系出发，在纵观近三十年来国内外重大进展的基础上，研讨了半导体物理学各个分支学科涌现出来的新概念、新突破和新方向，以及它们对半导体物理学学科发展的影响与贡献，分析了半导体物理学的研究现状及面临的挑战和机遇。
目录
目录
总序 i
前言 v
第一章 半导体能带理论 1
第一节 能带计算方法的沿革和现况 1
第二节 MBGFT方法与GW近似 3
第三节 半导体低维体系中的拓扑量子态 15
第四节 Z2拓扑序和量子自旋霍尔效应 18
第五节 半导体异质界面能带调控引发的新奇量子相变 29
第六节 展望 36
第二章 半导体声子物理 45
第一节 处理晶格振动动力学的密度矩阵理论 45
一、电子结构理论中的晶格动力学 46
二、密度泛函理论 48
第二节 相干声子学 49
一、产生相干声子的物理机制 49
二、光声子学 51
三、表面声学波 55
第三节 新型声子态 57
第四节 新型声子器件 60
一、声波受激放大 60
二、声学激光器 66
三、新型声子器件 73
第五节 展望 80
第三章 半导体中的杂质态、掺杂机制和单杂质态的量子调控 87
第一节 半导体中的杂质、缺陷物理 87
一、当前进展介绍 87
二、缺陷理论计算 89
三、掺杂极限定律 91
第二节 半导体中的掺杂调控 93
一、提高掺杂固溶度 93
二、降低缺陷离化能 98
三、杂质能带辅助掺杂 99
第三节 半导体中单个杂质 101
第四节 单一杂质的量子比特 105
一、嵌于硅晶体中的磷原子量子比特方案 105
二、基于金刚石NV中心的量子比特方案 107
第五节 展望 113
第四章 一维、零维半导体结构中的量子现象 124
第一节 自组织量子点物理 124
一、自组织量子点生长机制和方法 124
二、量子点光谱壳层结构 127
三、量子点中量子光学特性 131
四、量子点中量子态的操作 138
五、量子点-表面等离激元耦合 144
六、量子点的单光子和纠缠光子发射 150
第二节 栅控量子点和量子线中的量子输运 182
一、量子点接触 182
二、量子点 185
三、电子干涉仪 190
四、量子线 193
第三节 展望 196
第五章 光和物质的强相互作用 204
第一节 概况 204
第二节 激子极化激元 206
一、激子极化激元的概念 207
二、激子极化激元的色散 208
三、常见的激子极化激元体系 210
第三节 材料结构体系及实验方法 213
一、平板微腔 213
二、微纳材料自构型微腔 214
三、其他微腔结构 216
四、光学探测方法 216
第四节 激子极化激元凝聚体的量子调控新进展 220
一、激子极化激元的凝聚、超流、孤波传导、量子涡旋等集体行为 220
二、利用微纳结构、光学手段调控激子极化激元凝聚体 223
三、激子极化激元超晶格体系中的多重相变 226
四、激子极化激元的非线性散射和偏振态间的相互耦合 229
第五节 新材料及新物理机制发展 231
一、新材料体系 231
二、第二个阈值的理解 233
三、电子-空穴-光子关联系统 234
四、实验进展 235
第六节 展望 239
第六章 半导体中的自旋量子现象 247
第一节 半导体中单自旋的操控 247
一、自旋态的光学调控 248
二、电场操控量子点中自旋态 256
三、磁共振操控量子点的自旋 261
四、展望 266
第二节 半导体自旋电子器件中的自旋注入、检测和滤波 269
一、由铁磁体向半导体的自旋注入 270
二、自旋的电学检测 275
三、广义自旋滤波效应 278
四、展望 284
第三节 半导体中光激发诱导的自旋极化现象 289
一、光致磁化现象 289
二、自旋注入、操控的光学探测 299
三、圆偏振光电流效应 305
四、展望 314
第四节 FM/2DEG/FM 横向自旋阀器件、自旋Hall晶体管和自旋FET 319
一、自旋注入的电学方法 320
二、自旋动力学过程探测 324
三、自旋逻辑 341
四、展望 342
第五节 稀磁半导体 352
一、Ⅲ-Ⅴ族半导体中过渡金属Mn的电子态 352
二、稀磁半导体中由巡游空穴媒介的铁磁性平均场理论 360
三、稀磁半导体的第一性原理计算 366
四、磁性半导体中的杂质带 370
五、稀磁半导体的重要物理特性 374
六、实现室温稀磁半导体的努力 396
七、展望 420
第六节 硅自旋电子学 433
一、为什么研究Si中的自旋电子学 433
二、自旋注入及探测基础 436
三、铁磁性注入电极与半导体界面接触工程 441
四、Si自旋电子学的实验进展 450
五、展望 474
第七节 宽禁带半导体中的自旋量子现象 483
一、宽禁带稀磁半导体GaMnN和ZnMnO的磁性机制 485
二、宽禁带磁性半导体Zn1-xMnxO和Ga1-xMnxN中超快自旋动力学 488
三、展望 499
第七章 半导体/非半导体界面物理 503
第一节 铁磁金属/半导体界面的新奇量子效应 504
一、铁磁/半导体异质结中的动态铁磁近邻极化现象 505
二、铁磁/半导体异质结中的稳态铁磁近邻极化现象 509
三、铁磁/半导体异质结中铁磁近邻极化现象的理论 511
四、铁磁/半导体界面处的自旋量子效应 519
第二节 绝缘体/半导体界面 522
第三节 超导体/半导体界面 525
第四节 展望 529
第八章 半导体中的输运及其动力学过程 535
第一节 自旋输运及其动力学过程 535
一、经典的自旋极化漂移-扩散方程 537
二、半导体自旋输运中的量子效应和处理方法 538
三、半导体中的自旋动力学过程 542
第二节 半导体中的热输运和热电效应 543
一、半导体中热电耦合输运 543
二、半导体中热电效应 545
三、半导体中量子热电效应 547
第三节 基于棘轮效应的输运 549
第四节 展望 555
第九章 量子霍尔效应 565
第一节 引言 565
第二节 整数量子霍尔效应 566
第三节 分数量子霍尔效应 571
一、分数量子霍尔效应的发现 571
二、Laughlin波函数、分数电荷与分数统计 571
三、分数量子霍尔态的理论描述 573
四、偶数分母态的实验发现与初步研究 575
五、非阿贝尔统计与拓扑量子计算 576
六、ν=5/2态的进一步研究(寻找非阿贝尔任意子) 577
七、其他偶数分母分数量子霍尔态 580
八、GaAs/AlGaAs系统中量子霍尔研究的其他进展 581
第四节 石墨烯中的量子霍尔效应 584
第五节 量子自旋霍尔效应 588
第六节 三维拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应 590
一、三维拓扑绝缘体的发现及初步研究 590
二、量子反常霍尔效应 592
三、三维拓扑绝缘体的量子霍尔效应 593
第七节 其他二维体系中的量子霍尔效应 594
第八节 展望 597
第十章 二维原子晶体及范德瓦耳斯异质结构 624
第一节 概括 —— Less is different! 624
第二节 石墨烯及其他二维原子晶体 626
一、石墨烯的发现 626
二、石墨烯的能带结构 628
三、石墨烯的性质 629
四、其他二维原子晶体 629
五、范德瓦耳斯异质结 631
第三节 范德瓦耳斯异质结的制备 633
一、机械转移法 633
二、范德瓦耳斯力拾取法 637
三、化学气相沉积生长法 639
第四节 范德瓦耳斯异质结构的进展 640
一、高质量二维原子晶体 640
二、石墨烯/hBN/石墨烯中的共振隧穿 643
三、不同二维过渡金属硫化物范德瓦耳斯异质结构 643
四、石墨烯摩尔超晶格 644
五、范德瓦耳斯超导体异质结构 645
第五节 展望 646
第十一章 新概念半导体器件 653
第一节 新型半导体激光光源 653
一、硅拉曼激光器 653
二、量子级联激光器 655
第二节 新概念器件 657
一、利用棘轮效应的微波探测器件 657
二、量子超材料 658
三、石墨烯电吸收调制器 660
四、超导加量子点的混合器件 661
五、量子点纠缠光子对发射源 662
第三节 光量子计算中的关键器件 663
一、基于M-Z量子干涉仪的非线性光量子CNOT方案 663
二、线性光量子CNOT方案 665
三、光量子计算中的量子器件 666
第四节 展望 676
第十二章 新测量技术 682
第一节 近场扫描光学显微镜 682
一、NSOM系统的构成和关键技术 683
二、开尔文探针扫描显微镜 685
三、NSOM技术的*近进展 689
第二节 时间分辨的光学扫描显微技术 691
第三节 扫描隧穿显微镜和与激光结合的扫描隧穿显微镜测量技术 694
一、扫描隧穿显微镜 694
二、与激光结合的STM测量技术 696
第四节 量子断层测量技术 699
第五节 展望 704
关键词索引 710
彩图
作者： 国家自然科学基金委员会，中国科学院 编
出版时间： 2020年版
丛编项： 中国学科发展战略
内容简介
《半导体物理学进展》从半导体物理学与现代高科技之间互为驱动的关系出发，在纵观近三十年来国内外重大进展的基础上，研讨了半导体物理学各个分支学科涌现出来的新概念、新突破和新方向，以及它们对半导体物理学学科发展的影响与贡献，分析了半导体物理学的研究现状及面临的挑战和机遇。
目录
目录
总序 i
前言 v
第一章 半导体能带理论 1
第一节 能带计算方法的沿革和现况 1
第二节 MBGFT方法与GW近似 3
第三节 半导体低维体系中的拓扑量子态 15
第四节 Z2拓扑序和量子自旋霍尔效应 18
第五节 半导体异质界面能带调控引发的新奇量子相变 29
第六节 展望 36
第二章 半导体声子物理 45
第一节 处理晶格振动动力学的密度矩阵理论 45
一、电子结构理论中的晶格动力学 46
二、密度泛函理论 48
第二节 相干声子学 49
一、产生相干声子的物理机制 49
二、光声子学 51
三、表面声学波 55
第三节 新型声子态 57
第四节 新型声子器件 60
一、声波受激放大 60
二、声学激光器 66
三、新型声子器件 73
第五节 展望 80
第三章 半导体中的杂质态、掺杂机制和单杂质态的量子调控 87
第一节 半导体中的杂质、缺陷物理 87
一、当前进展介绍 87
二、缺陷理论计算 89
三、掺杂极限定律 91
第二节 半导体中的掺杂调控 93
一、提高掺杂固溶度 93
二、降低缺陷离化能 98
三、杂质能带辅助掺杂 99
第三节 半导体中单个杂质 101
第四节 单一杂质的量子比特 105
一、嵌于硅晶体中的磷原子量子比特方案 105
二、基于金刚石NV中心的量子比特方案 107
第五节 展望 113
第四章 一维、零维半导体结构中的量子现象 124
第一节 自组织量子点物理 124
一、自组织量子点生长机制和方法 124
二、量子点光谱壳层结构 127
三、量子点中量子光学特性 131
四、量子点中量子态的操作 138
五、量子点-表面等离激元耦合 144
六、量子点的单光子和纠缠光子发射 150
第二节 栅控量子点和量子线中的量子输运 182
一、量子点接触 182
二、量子点 185
三、电子干涉仪 190
四、量子线 193
第三节 展望 196
第五章 光和物质的强相互作用 204
第一节 概况 204
第二节 激子极化激元 206
一、激子极化激元的概念 207
二、激子极化激元的色散 208
三、常见的激子极化激元体系 210
第三节 材料结构体系及实验方法 213
一、平板微腔 213
二、微纳材料自构型微腔 214
三、其他微腔结构 216
四、光学探测方法 216
第四节 激子极化激元凝聚体的量子调控新进展 220
一、激子极化激元的凝聚、超流、孤波传导、量子涡旋等集体行为 220
二、利用微纳结构、光学手段调控激子极化激元凝聚体 223
三、激子极化激元超晶格体系中的多重相变 226
四、激子极化激元的非线性散射和偏振态间的相互耦合 229
第五节 新材料及新物理机制发展 231
一、新材料体系 231
二、第二个阈值的理解 233
三、电子-空穴-光子关联系统 234
四、实验进展 235
第六节 展望 239
第六章 半导体中的自旋量子现象 247
第一节 半导体中单自旋的操控 247
一、自旋态的光学调控 248
二、电场操控量子点中自旋态 256
三、磁共振操控量子点的自旋 261
四、展望 266
第二节 半导体自旋电子器件中的自旋注入、检测和滤波 269
一、由铁磁体向半导体的自旋注入 270
二、自旋的电学检测 275
三、广义自旋滤波效应 278
四、展望 284
第三节 半导体中光激发诱导的自旋极化现象 289
一、光致磁化现象 289
二、自旋注入、操控的光学探测 299
三、圆偏振光电流效应 305
四、展望 314
第四节 FM/2DEG/FM 横向自旋阀器件、自旋Hall晶体管和自旋FET 319
一、自旋注入的电学方法 320
二、自旋动力学过程探测 324
三、自旋逻辑 341
四、展望 342
第五节 稀磁半导体 352
一、Ⅲ-Ⅴ族半导体中过渡金属Mn的电子态 352
二、稀磁半导体中由巡游空穴媒介的铁磁性平均场理论 360
三、稀磁半导体的第一性原理计算 366
四、磁性半导体中的杂质带 370
五、稀磁半导体的重要物理特性 374
六、实现室温稀磁半导体的努力 396
七、展望 420
第六节 硅自旋电子学 433
一、为什么研究Si中的自旋电子学 433
二、自旋注入及探测基础 436
三、铁磁性注入电极与半导体界面接触工程 441
四、Si自旋电子学的实验进展 450
五、展望 474
第七节 宽禁带半导体中的自旋量子现象 483
一、宽禁带稀磁半导体GaMnN和ZnMnO的磁性机制 485
二、宽禁带磁性半导体Zn1-xMnxO和Ga1-xMnxN中超快自旋动力学 488
三、展望 499
第七章 半导体/非半导体界面物理 503
第一节 铁磁金属/半导体界面的新奇量子效应 504
一、铁磁/半导体异质结中的动态铁磁近邻极化现象 505
二、铁磁/半导体异质结中的稳态铁磁近邻极化现象 509
三、铁磁/半导体异质结中铁磁近邻极化现象的理论 511
四、铁磁/半导体界面处的自旋量子效应 519
第二节 绝缘体/半导体界面 522
第三节 超导体/半导体界面 525
第四节 展望 529
第八章 半导体中的输运及其动力学过程 535
第一节 自旋输运及其动力学过程 535
一、经典的自旋极化漂移-扩散方程 537
二、半导体自旋输运中的量子效应和处理方法 538
三、半导体中的自旋动力学过程 542
第二节 半导体中的热输运和热电效应 543
一、半导体中热电耦合输运 543
二、半导体中热电效应 545
三、半导体中量子热电效应 547
第三节 基于棘轮效应的输运 549
第四节 展望 555
第九章 量子霍尔效应 565
第一节 引言 565
第二节 整数量子霍尔效应 566
第三节 分数量子霍尔效应 571
一、分数量子霍尔效应的发现 571
二、Laughlin波函数、分数电荷与分数统计 571
三、分数量子霍尔态的理论描述 573
四、偶数分母态的实验发现与初步研究 575
五、非阿贝尔统计与拓扑量子计算 576
六、ν=5/2态的进一步研究(寻找非阿贝尔任意子) 577
七、其他偶数分母分数量子霍尔态 580
八、GaAs/AlGaAs系统中量子霍尔研究的其他进展 581
第四节 石墨烯中的量子霍尔效应 584
第五节 量子自旋霍尔效应 588
第六节 三维拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应 590
一、三维拓扑绝缘体的发现及初步研究 590
二、量子反常霍尔效应 592
三、三维拓扑绝缘体的量子霍尔效应 593
第七节 其他二维体系中的量子霍尔效应 594
第八节 展望 597
第十章 二维原子晶体及范德瓦耳斯异质结构 624
第一节 概括 —— Less is different! 624
第二节 石墨烯及其他二维原子晶体 626
一、石墨烯的发现 626
二、石墨烯的能带结构 628
三、石墨烯的性质 629
四、其他二维原子晶体 629
五、范德瓦耳斯异质结 631
第三节 范德瓦耳斯异质结的制备 633
一、机械转移法 633
二、范德瓦耳斯力拾取法 637
三、化学气相沉积生长法 639
第四节 范德瓦耳斯异质结构的进展 640
一、高质量二维原子晶体 640
二、石墨烯/hBN/石墨烯中的共振隧穿 643
三、不同二维过渡金属硫化物范德瓦耳斯异质结构 643
四、石墨烯摩尔超晶格 644
五、范德瓦耳斯超导体异质结构 645
第五节 展望 646
第十一章 新概念半导体器件 653
第一节 新型半导体激光光源 653
一、硅拉曼激光器 653
二、量子级联激光器 655
第二节 新概念器件 657
一、利用棘轮效应的微波探测器件 657
二、量子超材料 658
三、石墨烯电吸收调制器 660
四、超导加量子点的混合器件 661
五、量子点纠缠光子对发射源 662
第三节 光量子计算中的关键器件 663
一、基于M-Z量子干涉仪的非线性光量子CNOT方案 663
二、线性光量子CNOT方案 665
三、光量子计算中的量子器件 666
第四节 展望 676
第十二章 新测量技术 682
第一节 近场扫描光学显微镜 682
一、NSOM系统的构成和关键技术 683
二、开尔文探针扫描显微镜 685
三、NSOM技术的*近进展 689
第二节 时间分辨的光学扫描显微技术 691
第三节 扫描隧穿显微镜和与激光结合的扫描隧穿显微镜测量技术 694
一、扫描隧穿显微镜 694
二、与激光结合的STM测量技术 696
第四节 量子断层测量技术 699
第五节 展望 704
关键词索引 710
彩图
