Computational Methods for Studies of Quantum Dots and Boson Condensates

This thesis presents ab initio studies of two kinds of physical systems, quantum dots and bosons, using two program packages of which the bosonic one has mainly been developed by the author. The implemented models, \emph{i.e.}, configuration interaction (CI) and coupled cluster (CC) take the correlated motion of the particles into account, and provide a hierarchy of computational schemes, on top of which the exact solution, within the limit of the single-particle basis set, is obtained. The theory underlying the models is presented in some detail, in order to provide insight into the approximations made and the circumstances under which they hold. Some of the computational methods are also highlighted. In the final sections the results are summarized. The CI and CC calculations on multiexciton complexes in self-assembled semiconductor quantum dots are presented and compared, along with radiative and non-radiative transition rates. Full CI calculations on quantum rings and double quantum rings are also presented. In the latter case, experimental and theoretical results from the literature are re-examined and an alternative explanation for the reported photoluminescence spectra is found. The boson program is first applied on a fictitious model system consisting of bosonic electrons in a central Coulomb field for which CI at the singles and doubles level is found to account for almost all of the correlation energy. Finally, the boson program is employed to study Bose-Einstein condensates confined in different anisotropic trap potentials. The effects of the anisotropy on the relative correlation energy is examined, as well as the effect of varying the interaction potential.}

Detta arbete omfattar ab initio-studier av två olika fysikaliska system, kvantprickar och bosonkondensat. Dessa studier har gjorts med hjälp av två programpaket av vilka det för bosoner är huvudsakligen utvecklat av författaren. Modellerna på vilka programmen grundar sig, configuration interaction (CI) och coupled cluster (CC), tar den korrelerade rörelsen av partiklarna i beaktande. Detta görs i form av en hierarki av modeller, med en icke-korrelerad modell på botten och den exakta lösningen, inom vissa beräkningsmässiga begränsningar, på toppen. Teorin bakom de implementerade modellerna presenteras någorlunda detaljerat för att klargöra vilka approximationer som gjorts och under vilka villkor de gäller. Några beräkningsmässiga detaljer presenteras också kort. Programmen har tillämpats på självorganiserade kvantprickar och kvantringstrukturer, ett atomlikt testsystem med bosoniska elektroner samt Bose-Einstein-kondensat i glesa alkaliatomgaser. Kvantprickarbetet omfattar CI- och CC-beräkningar av energier och rekombinationshastigheter på system med flera excitoner i en självorganiserad halvledarkvantprick. Kvantringar och -dubbelringar studeras på full CI-nivå. I det senare fallet föreslås en mekanism för att förklara experimentella fotoluminiscensspektrum som avviker från tidigare föreslag i litteraturen. I Bose-Einstein-arbetet studeras effekterna av varierande anisotropi i den magnetiska fällan på systemets relativa korrelationsenergi med hjälp av en CI-modell. Även effekten av olika former av växelverkningspotential studeras.