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三终端耦合量子点体系电子输运性质理论研究

尹海涛  
【摘要】: 随着材料科学技术和超微细加工技术的发展,制备的半导体微结构已经可以达到介观尺度,人们已成功制备了量子点和量子点阵列。由于能带人工可剪裁性、量子尺寸效应和量子相干属性,低维介观体系产生了许多新现象和新效应,受到人们的广泛关注。尤其是耦合量子点体系,无论组成其量子点的空间对称性,量子点的尺寸还是相互之间的耦合强度都是人为可以调控的,进而可以实现人们操纵固体的梦想。作为展现低维介观体系量子效应的典型代表,耦合量子点和介观Aharonov-Bohm(AB)环结构已成为近年来的研究热点。本论文以格林函数作为理论工具,对三终端耦合量子点阵列和由三个量子点构成的环状结构的谱性质和量子输运性质进行了较系统的研究。具体内容包括: 研究了三终端T形耦合量子点体系的电输运性质。把三终端的体系转变成两个等效的二终端体系的叠加,从而可以分别计算电子从一个电极到其它两电极的隧穿几率。数值计算表明:通过体系的隧穿几率为振荡结构;通过计算各量子点上的局域态密度(LDOS)发现,耦合的量子点体系在不同量子点处的LDOS的不同,会导致不同电极间隧穿特性的不同;同时量子点间的耦合强度、量子点能级匹配情况以及电极与体系的耦合强度等都对输运性质有显著的影响。尤其是当某个电极与体系的耦合强度由零增大到某个值时,其它两个电极间在量子点能级处的隧穿会由反共振隧穿转变为共振隧穿,这一点可为我们设计纳米开关提供理论依据。 对于与三个电极耦合的三个量子点环状结构,我们研究了量子相干输运的相位特性。数值结果显示:微分电导的振荡随量子点间的耦合强度减小而变弱。同时比较了二终端和三终端体系在不同偏压和磁通量时的电输运性质。


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