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《山西大学》 2017年
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量子点系统热电特性的理论研究

许丽  
【摘要】:随着自旋器件的小型化,杂化结构中自旋极化输运和热电输运展现出许多新颖的物理现象和潜在的应用价值,如自旋分离、自旋旋转、读取技术、存储单元、以及废热的利用等等。多量子点系统的量子相干输运特性为实验上设计和制备新型量子器件提供了新的领域,受到人们的广泛关注。本文基于非平衡格林函数方法研究了三种量子点输运系统自旋极化输运和热电输运的特性。主要结果如下:(1)研究了铁磁电极-双量子点-超导电极模型的热电输运特性。在有限的超导能隙范围内,随着超导能隙的增加,热电势增加,而热导率降低,导致相应的热品质因子增加。对于给定超导能隙的前提下,随着点间耦合强度的增加,能隙间热电势的平台逐渐消失,而出现了非零值。由于量子点和电极间耦合而引起的点能级展宽关于费米面不对称,导致在能隙间的Andreev反射也可以产生热电势。通过优化系统参数可以得到较大的热电势和热品质因子。例如当点间耦合系数在1附近时,热电品质因子可以达到30左右。(2)研究了铁磁-量子点-金属体系中单自旋态的热电效应。在低温区,侧向量子点与中间量子点的耦合使电导和热导率呈现出Dicke-like效应,通过调节双量子点间能级失谐,可以使超辐射模越来越宽,而亚辐射模越来越窄。当双量子点间能级失谐很大时,亚辐射通道附近的电子态密度会呈现出类似δ函数的变化趋势。通过调节点间耦合系数,电导谱在侧向量子点的能级处出现两个反共振点,在此处Wiedeman n-Franz定律被强烈的违背,可以得到最佳的热电系数。随着能级失谐的增加可以使亚辐射模和侧向量子点能级的间距越来越小,所以在亚辐射模附近的热电势和热品质因子也可以得到有效改善。通过夹角θ、能级失谐和点间耦合系数的共同优化,可以使热品质因子得到极大地增减。(3)研究了铁磁-量子点-金属体系中的非平衡自旋极化输运。由于电极间偏压和温度梯度的存在导致局域电荷的累积,使量子点能级获得重组。基于电子的共隧穿效应,在一定条件下自旋向上的通道和自旋向下的通道分开。微分热电导的正负值表征了类电子和类空穴输运的物理机制,同时也证实了在费米面附近温度对自旋极化输运的影响较强烈。当偏压引起的量子点重组能级ε↓和ε↑分别位于费米面下方和上方,并且ε↓=-ε↑时,不管温度如何改变,参与自旋极化输运的热激发载流子形成的电流相互抵消,热电流始终为零。此外通过调节偏压和温度的值,也可以得到纯自旋流。量子点系统具有实验上易制备、参数易控制、数据易测量等优势,本文的研究结果为量子点系统在电子器件、自旋器件以及热电器件等方面的设计提供理论帮助。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O471.1

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