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介观Kondo输运

房铁峰  
【摘要】: 本论文采用非平衡Keldysh格林函数技巧和运动方程方法研究了一些介观Kondo系统的电荷输运特性,主要是电导和电流涨落这两方面。Kondo效应最初起源于稀磁合金的低温反常现象,包括电阻反常、磁化率反常和比热反常等。由于Kondo首先从理论上正确解释了出现这些反常现象的物理机制,故称其为Kondo效应。近几十年,随着纳米技术的进步,人们已经能够在介观尺度上研究一些材料、介观电路器件的热力学性质和输运性质。其中一个重要的进展就是在介观量子点系统中发现了可人为控制的Kondo效应。现在量子点Kondo效应已经成为凝聚态物理中体现多体关联作用的一个范例。量子点Kondo效应本身及其对介观系统输运性质的影响都是当前介观物理中最热门的研究领域之一。 我们研究的第一个系统是三端量子点装置,该装置提供了一个实验上直接测量非平衡Kondo态密度的通道。我们的理论研究再现了实验测量过程,所得结果与实验结果定性符合。利用该系统我们还唯象研究了Kondo关联态的退相干过程。由于离散噪声测量可以提供通常电流——电压特性所不能提供的信息,在超越通常的Lacroix近似的基础上,我们研究了三端量子点中的噪声特性。我们的结果与其他同行的Slave-boson结果并不完全符合,这是因为我们认为多体关联效应对系统的电流涨落有重要影响,并且在计算中包含了更多的多体关联效应。究竟哪个结果更符合物理实际,留待实验检验。我们考虑的另一个系统是嵌入单量子点的Aharonov-Bohm干涉仪,该装置近来被用来测量电子被Kondo屏蔽云散射后相位的变化。我们从另一方面来考虑这个系统的输运特性——Kondo效应和电子波函数的位相相干性对离散噪声的联合作用,这种联合作用目前还没有被其他同行研究过。理论计算发现,通过干涉仪两条路径的电子的干涉效应将导致离散噪声随磁场的AB振荡。离散噪声AB振荡的周期可以通过控制量子点能级的门电压来调节。在空轨道区和混合价区,振荡的周期是磁通量子Φ_0。在Kondo区,当两端电压低于Kondo温度时,量子点中的Kondo关联将导致周期变为Φ_0/2,而当电压远大于Kondo温度时,周期又变为Φ_0。这种周期的减半效应可以作为量子点产生Kondo共振的判据。通过调节系统的各种参数,离散噪声AB振荡的振幅和线型都可以随意调制。这就使得人为控制该系统中的电流涨落成为可能。同时我们还发现,该系统的Kondo温度与裸量子点的情况不同,它强烈地依赖于系统参数。除了显示AB振荡以外,Kondo温度随着直接遂穿几率的增大而急剧减小,这就说明电子在两电子库间的直接遂穿会抑制量子点中Kondo屏蔽云的形成。


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