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介观系统中的电子输运

吴健  
【摘要】: 摘 要 本论文针对介观系统中的输运现象做了较为系统的理论研究。其目的 在于揭示介观系统中的新效应的其物理机制,并为设计和实现具有优良性 能的量子器件提供物理模型和理论依据。 首先,为了更好地研究介观系统中的许多新问题,基于Dyson方程,提出 了一种广义的迭代格林函数方法,以适用于任意的边界条件和形状效应等具体 问题。这是传统的迭代格林函数方法的一种推广,具有普适性。 然后,研究了量子点晶格中的一般输运性质以及电子间强关联相互作用的 影响。指出了磁性杂质和温度效应对于电子输运的影响。更为重要的是,在强 电子关联相互作用下,发现了这一体系中存在着金属──反铁磁绝缘体相变, 指出了其本质原因是由于电子间的强关联相互作用使得体系形成了反铁磁态, 从而阻碍电子的输运过程。这一相变发生在电子半填满的区域。同时,还指出 了在小体系当中体系对称性对反铁磁态产生的影响。 还研究了一个带有量子点的介观环系统的电子输运性质。指出当量子点不 处于共振隧穿态时,体系的电子输运性质由CP(环上除量子点以外的部分)的状态 决定;而当量子点处于共振态时,体系的性质由共振隧穿和干涉效应共同表征。 在紧束缚近似下的计算结果与实验符合很好。此外,还用一个半经典的散射模型 来研究了这一系统。由于采用了一个合适的散射矩阵来模拟环与外界连接的结 点──点接触,其结果与实验符合很好。在此基础上解析地分析了这一系统中 的主要输运性质,再一次证实了在这一系统中共振隧穿和干涉效应的主导作 用。 最后,研究了一个耦合双量子点系统,发现可以通过引入额外的耦合路径 来仿真实际原子中的成键作用。在双向耦合的条件下,揭示出系统宇称对于电 子态相互作用的影响,并给出了其对应的电子输运特性,为在实验上对这一系 统的研究提供了理论依据。结果还表明,由于这一系统和分子的性质之间的很 强的对应关系,实际上是构造了一个可控制和调谐其状态的“人造分子”。应 用这个“人造分子”,人们可以研究在自然的分子中由于原子间相互作用不能 直接控制而不能观测的特性,并给出原子间相互作用的更为深入的信息,为人 们更好地了解分子间的成键作用提供实验依据。


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