半导体介质中嵌入纳米尺度金属线周围电子的束缚

我们预言，在含有垂直于膜面的中心正方形金属纳米线阵列的半导体薄膜中，若对正方形顶点处的纳米线与中心纳米线施加正偏置电压，则传导电子会束缚在中心纳米线周围的量子态中。我们给出并讨论了两种不同维度模型的本征能量与本征函数。结果表明，本征态可分组为不同的壳层。壳层间的能量差通常为几十 meV，对应于约 3 THz 至 20 THz 频率范围的发射或吸收光子。这些能量差强烈依赖于偏置电压。我们计算了模型中处于基态的单个电子对大波长电磁波（其电场位于半导体薄膜平面内）的线性响应。计算所得振子强度主要由向各壳层中波函数具有垂直于波电场单一径向节点线的态的跃迁主导。我们计入了中心金属线上诱导镜像电荷的效应，表明其改变了振子强度，使其总和偏离 Thomas-Reiche-Kuhn 规则给出的值。我们报道了所研究模型的线性响应（即极化率）随光子能量的变化及其吸收谱。后者如振子强度研究所预期呈现明确的峰。我们表明这些吸收峰的位置强烈依赖于偏置电压，从而使得此处所述系统中的光子吸收或发射频率易于调谐。这使其成为开发新型红外器件的良好候选。