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《山西大学》 2017年
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量子点系统中的热电输运研究

徐卫平  
【摘要】:热电材料是一种能将热能和电能进行相互转换的功能材料。热电材料可以用于制冷、发电或热能传感器等设备,在军事、航天、生物、医药、工业等各领域有广泛应用。在传统的体材料中,由于受Wiedemann-Franz定律和Mott关系的制约,热电材料的应用受到限制。近年来,低维系统的高效热电转换效率引起了人们的广泛关注。如何提高热电材料器件性能?如何产生自旋极化并影响热电输运性质?这些问题逐渐成为研究的热点问题。本论文利用非平衡格林函数方法研究了量子点体系的热电输运特性。重点讨论了Rashba自旋轨道耦合效应、电子-电子相互作用、电子-光子相互作用,自旋翻转等作用对热电输运过程的影响。其主要研究内容如下:(1)研究了耦合到正常电极和超导电极间的三量子点体系在线性响应区的热电输运特性。讨论了超导能隙、量子点间的耦合和库伦作用对热电输运特性的影响。研究表明:低温下,在超导能隙外区域,超导电极能够抑制热导率从而使热电势得到提高。当量子点的能级和点间耦合强度给定时,金属-量子点-超导系统可以获得比金属-量子点-金属结系统更大的热电品质因子。此外,系统中的量子干涉、库仑阻塞、Andreev反射以及双极化效应为获得高热电效率提供了更多的可能。量子点间耦合不仅导致量子干涉,而且使类分子能级变宽并减小能隙位置附近的热导率,从而大大提高了热电势。库仑相互作用还可以有效地减小热电势峰所对应的热导率,于是,当干涉效应和库仑相互作用同时存在时,系统的品质因子大大提高。(2)研究了外加微波场作用下铁磁-量子点-超导结构的热电输运特性。由于考虑了自旋翻转,量子点的有效能级发生劈裂,而微波场的存在导致了光子辅助的多通道量子输运。研究结果表明,当量子点能级位于超导能隙外时,通过增强量子点内自旋翻转强度可以提高系统品质因子。适当地优化配置量子点内自旋翻转强度、微波场的强度和频率,可以得到高的热电势和品质因子。这些结果提供了利用外加微波场调控系统热电转换的新途径。(3)研究了有自旋-轨道相互作用的平行三量子点体系两个金属电极之间的热电输运特性。自旋轨道耦合引起自旋相关的相位,与磁场共同作用可以导致自旋相关的热电效应。通过调节磁通相位和自旋-轨道耦合相位,自旋热电品质因子可以很大,甚至可以超过电荷热电品质因子。磁通相位和自旋-轨道耦合相位可以同时影响热电势,在特定的相位区间,自旋相关的热电势呈双峰结构,而热电势和热自旋势呈现四峰结构。通过调制磁通相位和自旋-轨道耦合相位,可以使热电势为零而热自旋势非零,这一结果为理解和设计热自旋池——一种能够将热转化为自旋偏压并产生纯自旋流的装置提供了理论依据。
【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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