大规模原子尺度模拟揭示 GaBi$_x$As$_{1-x}$/GaAs 多量子阱中主导性的合金无序效应

铋化物半导体材料与异质结构被视为设计和实现光子、热电、光伏及自旋电子器件的有前途的候选者。本工作对强耦合 GaBi$_x$As$_{1-x}$/GaAs 多量子阱(MQW)结构的电子与光学性质进行了详细的理论研究。基于一套系统的大规模原子尺度紧束缚计算，我们的结果表明，合金组分在原子尺度上的涨落影响强于阱间耦合效应，并在 MQW 结构的电子与光学性质中起着重要作用。与量子阱几何参数无关，合金无序导致载流子的强 confinement（限域）、空穴能量的大幅展宽以及基态跃迁波长的红移。偏振分辨的光学跃迁强度展现出无序的显著影响，其中对于 MQW，非均匀展宽可超过一个数量级，而单量子阱仅约为三倍。当考虑实际实验环境中通常存在的小尺寸与组分变化时，合金无序效应的强影响依然持续。所呈现的结果凸显了连续介质方法的局限性，并强调需要大规模原子尺度方法来基于铋化物材料的新奇性质设计具有定制功能的器件。