基于多尺度直方图、定向梯度和双重交叉注意力机制的Si3N4轴承滚珠微损伤边缘模糊特征提取方法研究

《Materials Today Communications》：Research on edge fuzzy feature extraction method for Si 3N 4 bearing ball microdamage based on the multi-scale histogram of oriented gradient and dual cross attention

量子点结构在电场和杂质定位下的电子能级与光学吸收特性研究。采用有限元法计算了GaAs双球量子点（DBQD）的能级、束缚能、斯塔克位移及线性/非线性吸收系数，发现杂质位置和电场强度显著影响能级对称性和光学响应。杂质位于球心时束缚能对称，位移至球体时对称性破坏，电场诱导的蓝移效应在激发态尤为明显，且线性吸收主导。研究为设计可调谐光电子器件提供理论支撑。

　　在21世纪，量子点（Quantum Dots, QDs）作为一种具有高度可调性光学特性的半导体纳米结构，受到了科学界和工业界的广泛关注。它们在三维空间中将电荷载流子（电子和空穴）限制在一个非常小的区域内，这种量子限制效应导致其能级呈现出类似原子的离散特性。通过将半导体核心与具有更大带隙的壳层材料结合，可以有效地实现这种限制。这种结构的多样性使得QDs在多个领域具有广泛的应用潜力，包括纳米电子学、光电子器件和光子学。最近，研究人员开始探索更为复杂的QD结构，如哑铃形量子点（Dumbbell-Shaped Quantum Dot, DBQD），这类结构因其独特的几何形状和物理特性，被认为是先进电子和光子技术的重要组成部分。

DBQD是一种由两个相同球形区域通过一个圆柱形连接部分组成的结构。这种形状的特殊性使其在电场作用下表现出独特的物理行为。研究者通过有限元方法（Finite Element Method, FEM）对DBQD的电子能谱、氢化物杂质结合能、施托克效应（Stark shift）以及线性、非线性和总光学吸收系数进行了深入分析。这种方法允许在高精度下计算复杂的纳米结构特性，特别适用于研究外部电场对电子态和光学响应的影响。

研究结果表明，当杂质位于连接圆柱的中心时，DBQD的三个最低能态表现出对称性，这与杂质在球形部分的位置相比具有显著的不同。当杂质被移动到结构的球形部分时，这种对称性被打破，从而影响了能级之间的相互作用。此外，随着电场强度的增加，电子能级之间的跃迁峰（resonance peaks）表现出一致的蓝移（blue shift）现象，表明电场对电子态的调控能力。然而，改变电场的极性主要影响的是峰的强度，而不是其位置。研究还发现，无论电场条件如何，线性吸收项始终主导于非线性成分，这为设计具有高吸收性能的光学器件提供了理论支持。

这些结果不仅揭示了DBQD在电场作用下的行为，还为理解量子限制、介电失配以及外部场之间的相互作用提供了重要的基础。此外，研究还表明，杂质的位置对电子能级的调制具有关键作用。在DBQD结构中，杂质的位置决定了其对能级之间跃迁的贡献，从而影响了光吸收特性。这种现象在工程化纳米结构中具有重要的应用价值，特别是在设计可调谐的光电子和光伏器件方面。

通过研究，我们发现，当杂质位于球形部分时，其对能级的结合能和施托克效应的影响更为显著。这种增强的结合能来源于杂质对电子波函数的强限制作用，使得电子更接近杂质中心，从而减少了电场对电子态的干扰。然而，当杂质位于圆柱部分时，其对电子波函数的限制作用较弱，因此，其结合能的变化更敏感于电场强度。这种差异表明，DBQD的几何结构对其电子行为具有显著的影响。

在研究中，还观察到光学吸收系数的非线性变化，特别是在高电场强度下，这种非线性效应变得更加显著。这种非线性吸收的增强表明，DBQD在外部场的作用下表现出较强的非线性响应。这种特性为开发基于DBQD的非线性光学器件提供了新的思路。此外，研究还揭示了在不同电场强度下，DBQD的吸收特性如何随着杂质位置的变化而变化。这些结果不仅有助于理解DBQD的物理机制，还为设计具有高度可调性光学特性的新型纳米器件提供了理论依据。

总的来说，本研究通过系统的理论分析和数值计算，揭示了DBQD在电场作用下的电子和光学行为。研究发现，电场的引入不仅改变了电子能级的分布，还显著影响了光吸收特性。这些发现为未来的纳米光学器件设计提供了重要的指导，特别是在利用低对称性量子点实现高精度的光调控方面。此外，研究还强调了杂质位置和电场强度在调控DBQD性能中的关键作用，为开发新型光电子和光伏器件奠定了理论基础。