Many-body wave function for a quantum dot in a weak magnetic field

The ground states of parabolically confined electrons in a quantum dot are studied by both direct numerical diagonalization and quantum Monte Carlo (QMC) methods. We present a simple but accurate variational many-body wave function for the dot in the limit of a weak magnetic field. The wave function has the center-of-mass motion restricted to the lowest-energy state and the electron-electron interaction is taken into account by a Jastrow two-body correlation factor. The optimized wave function has an accuracy very close to the state-of-the-art numerical diagonalization calculations. The results and the computational efficiency indicate that the presented wave function combined with the QMC method suits ideally for studies of large quantum dots.Peer reviewe

Wave function engineering in quantum dot-ring nanostructures

Modern nanotechnology allows producing, depending on application, various quantum nanostructures with the desired properties. These properties are strongly influenced by the confinement potential which can be modified, e.g., by electrical gating. In this paper we analyze a nanostructure composed of a quantum dot surrounded by a quantum ring. We show that depending on the details of the confining potential the electron wave functions can be located in different parts of the structure. Since the properties of such a nanostructure strongly depend on the distribution of the wave functions, varying the applied gate voltage one can easily control them. In particular, we illustrate the high controllability of the nanostructure by demonstrating how its coherent, optical, and conducting properties can be drastically changed by a small modification of the confining potential.Comment: 8 pages, 10 figures, 2 tables, revte

Kerrostalo Kempeleen Vihiluotoon

Tiivistelmä. Kandityöni suunnittelutavoitteena on ollut suunnitella mahdollisimman toimiva ja ekologinen kerrostalo Kempeleen Vihiluotoon. Kerrostaloni kantava rakenne on puuta, joka on tähänastisen tietoni mukaan yksi ekologisimmista rakennusmateriaaleista, sillä se sitoo hiiltä. Puu ei ole materiaalina pelkästään ekologinen, se on myös harvinaisen kaunis ja kodikas, sekä hengitysilma paranee. Kerrostaloni katolla on aurinkopaneeleita, ja se toimii Vihiluodossa, sillä kerrostaloni kohoaa yli 22 metrin korkeuteen. Aurinkopaneelit on suunnattu niin, että aurinko voi paistaa niihin mahdollisimman monta tuntia vuorokaudessa, eikä lähellä ole sellaisia puita jotka varjostaisivat paneeleita. Alue jonka suunnittelin asemakaavakurssilla, on vehreä ja lähellä luonnonsuojelualuetta. Siten olen pitänyt huolen että asutus alueellani ei nouse alueella liian korkeaksi, että luonnonsuojelualue säilyy mahdollisimman koskemattomana. Asuinalueellani on paljon vehreitä piha-alueita, sekä paljon alueita on jätetty koskemattomaksi. Myös hulevesien säilytykseen ja imeyttämiseen on varattu paljon hauskoja ja kokeilullisia ratkaisuja. Projektissa on neljä erilaista pohjaa asukkaille. Yksi neliö, yksi kaksio, sekä kaksi yksiötä. Tämä mahdollistaa asukkaiden diversiteetin, ja siten parantaa alueen elävöitymistä. 7.kerroksessa on yhteistiloja: sauna sekä iso monitoimitila, jota voi käyttää joko juhlatilana tai oleskelutilana tai siellä voi järjestää vaikka tanssikilpailun. Mitä yhteisöllisempi asukaskunta, sitä parempaa huolta asukkaat pitävät alueesta ja rakennuksen lähimaastosta. Rakennuksesta avautuvat näkymät viereiselle natura-alueelle, ja tähän ilmansuuntaan olevaa ikkunapinta-alaa olenkin halunnut maksimoida. Luonnon läheisyys tuo ihmisten elämään paljon iloa, se poistaa stressiä, sekä luonnon äänet voi tuoda omaan makuuhuoneeseen avaamalla ikkunan. Lopulta tämä nostaa ihmisten arvostusta luontoa kohtaan, ja siten voi vaikuttaa heidän tuleviin ekologisiin arvoihin. Mielestäni on tärkeää rakentaa Vihiluotoon kerrostaloja. Oulu on vetovoimainen opiskelijakaupunki, ja osa opiskelijoista haluaa muuttaa luonnon läheisyyteen. Tällä hetkellä parhaimmat mahdollisuudet taitavat löytyä Linnanmaan opiskelija-asunnoista. En usko että se täyttää vaeltajamielisen opiskelijan toiveet. Vihiluodossa on uimaranta, natura-alue, lammashaka, sekä lintutorni. Mielestäni on tärkeää että näistä asioista nauttiminen ei ole mahdollista pelkästään ihmisille, joilla on varaa ostaa monikerroksinen omakotitalo. Tällä hetkellä Vihiluodon asumismuotoina ovat rivitalot tai omakotitalot. Se on myös tunnettu sen upeista ja jopa mahtailevista omakotitaloriveistään. Opiskelijoille ja nuorille mahdollisten asuntojen sijoittaminen alueelle on mielestäni tärkeää ja olen sitä halunnut tutkia omassa kerrostalossani. Mikä varmistaisi asukkaiden saapumisen alueelle, joka on 20 kilometrin päässä kampukselta? Hyvät pyöräilyväylät, nopea autoyhteys, tarpeeksi usein kulkeva bussiliikenne, sekä alueen vahvuuksien korostaminen ovat ratkaisu tähän. On tärkeää mielestäni ymmärtää etteivät kaikki opiskelijat halua asua Oulun mittakaavassa tiheään asutetuilla alueilla, vaan monet tulevat Lapista tänne opiskelemaan, ja siten luonnon lähelläoleminen tuntuu kaikista turvallisimmalta ja kotoisimmalta. Rakennuksen katolla oleva hirsisauna on myös monille houkute. Kauemmas keskustasta rakentaminen myös vähentää rakennuttamiskuluja, ja siten on mahdollisuus panostaa rakennuksen suunnitteluun ja sen materiaaleihin ja tiloihin

Donor Centers and Absorption Spectra in Quantum Dots

We have studied the electronic properties and optical absorption spectra of three different cases of donor centers, D^{0}, D^{-} and D^{2-}, which are subjected to a perpendicular magnetic field, using the exact diagonalization method. The energies of the lowest lying states are obtained as function of the applied magnetic field strength B and the distance zeta between the positive ion and the confinement xy-plane. Our calculations indicate that the positive ion induces transitions in the ground-state, which can be observed clearly in the absorption spectra, but as zeta goes to 0 the strength of the applied magnetic field needed for a transition to occur tends to infinity.Comment: 5 pages, 4 figures, REVTeX 4, gzipped tar fil

Coulombically Interacting Electrons in a One-dimensional Quantum Dot

The spectral properties of up to four interacting electrons confined within a quasi one--dimensional system of finite length are determined by numerical diagonalization including the spin degree of freedom. The ground state energy is investigated as a function of the electron number and of the system length. The limitations of a description in terms of a capacitance are demonstrated. The energetically lowest lying excitations are physically explained as vibrational and tunneling modes. The limits of a dilute, Wigner-type arrangement of the electrons, and a dense, more homogeneous charge distribution are discussed.Comment: 10 pages (excl. Figures), Figures added in POSTSCRIPT, LaTe

Effect of Subband Landau Level Coupling to the Linearly Dispersing Collective Mode in a Quantum Hall Ferromagnet

In a recent experiment (Phys. Rev. Lett. {\bf 87}, 036903 (2001)), Spielman et al observed a linearly dispersing collective mode in quantum Hall ferromagnet. While it qualitatively agrees with the Goldstone mode dispersion at small wave vector, the experimental mode velocity is slower than that calculated by previous theories by a factor about 0.55. A better agreement with the experimental data may possibly be achieved by taking the subband Landau level coupling into account due to the finiteness of the layer thickness. A novel coupling of quantum fluctuation to the tunneling is briefly discussed.Comment: 4 pages; published versio

Magnetic field dependence of the exciton energy in a quantum disk

The groundstate energy and binding energy of an exciton, confined in a^M quantum disk, are calculated as a function of an external magnetic field. The confinement potential is a hard wall of finite height. The diamagnetic shift is investigated for magnetic fields up to 40$T$. Our results are applied to $In_{y}Al_{1-y}As/Al_{x}Ga_{1-x}As$ self-assembled quantum dots and very good agreement with experiments is obtained. Furthermore, we investigated the influence of the dot size on the diamagnetic shift by changing the disk radius. The exciton excited states are found as a function of the magnetic field. The relative angular momentum is not a quantum number and changes with the magnetic field strength.Comment: 10 pages, 17 figure

Energy levels and far-infrared spectroscopy for two electrons in a semiconductor nanoring

The effects of electron-electron interaction of a two-electron nanoring on the energy levels and far-infrared (FIR) spectroscopy have been investigated based on a model calculation which is performed within the exactly numerical diagonalization. It is found that the interaction changes the energy spectra dramatically, and also shows significant influence on the FIR spectroscopy. The crossings between the lowest spin-singlet and triplet states induced by the coulomb interaction are clearly revealed. Our results are related to the experiment recently carried out by A. Lorke et al. [Phys. Rev. Lett. 84, 2223 (2000)].Comment: 17 pages, 6 figures, revised and accepted by Phys. Rev. B (Dec. 15

Persistent Currents in Small, Imperfect Hubbard Rings

We have done a study with small, imperfect Hubbard rings with exact diagonalization. The results for few-electron rings show, that the imperfection, whether localized or not, nearly always decrease, but can also \emph{increase} the persistent current, depending on the character of the imperfection and the on-site interaction. The calculations are generally in agreement with more specialized studies. In most cases the electron spin plays an important role.Comment: 6 pages, 4 figure

Quantifying neighbourhood socioeconomic effects in clustering of behaviour-related risk factors: a multilevel analysis

Peer reviewe