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多端耦合量子点体系量子输运特性的研究

作　者: 尹永琦
导　师: 王选章
学　校: 哈尔滨师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 量子点量子输运环形阵列隧穿几率
分类号: O471.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

量子点体系中电子运动的相干性是介观电子输运性质的基本物理机制。而多量子点体系为电子隧穿提供了更多的相干路径(即Feynman路径),研究耦合量子点体系的电子输运特性,揭示共振和反共振隧穿这两种量子相干现象,可以为纳米器件的设计和制造提供理论依据。由于未来电子器件的小型化使人们将注意力直接转移到离散结构的研究上来。本论文以非平衡态格林函数作为理论工具,对多终端耦合量子点分子桥和四量子点环旁路耦合量子点串联阵列体系的电子输运性质进行了理论研究,具体内容包括：对多端耦合量子点分子桥的量子输运特性进行了研究。利用非平衡格林函数运动方程和Dyson方程,得到体系隧穿电流表达式。通过数值计算,详细地给出了该系统解耦为两终端、三终端以及四终端情况下,电极1和其它电极之间的隧穿系数I1α(ω)在各种单量子点能级组合以及量子点间耦合强度取不同值时的计算结果,并对所得到的结果进行了比较分析。研究表明：电子通过分子桥的隧穿几率为振荡结构；电子通过体系的隧穿几率与电极中电子的能量密切相关；当存在悬挂量子点时,若电极电子的能级与单量子点能级对齐时,会出现“反共振”隧穿；此外,通过入射电极的电子并未完全进入其他电极,出现“回波”。对旁路耦合两个量子点阵列的两终端四量子点环体系的电子输运性质进行了研究。考察了体系的传输特性对旁路耦合量子点阵列中量子点数目奇偶性的依赖关系,以及环与旁路耦合阵列中量子点的单量子点能级不匹配时,出现反共振隧穿的规律性。通过对隧穿几率的数值计算,研究表明：单量子点能级完全匹配时,由于旁路耦合量子点串联阵列,使隧穿谱线略超过两侧ε0±2V0的范围,并在ε0处出现的明显的奇偶特性依赖关系,若旁路耦合量子点阵列中包含奇数个量子点,出现反共振。若环上量子点的能级和量子点阵列上量子点能级不相等时,奇偶特性消失。相反,若阵列中的量子点数目和环中与阵列耦合的量子点的和是3的整数倍时,则出现反共振。若相邻量子点间的耦合强度有差异,隧穿能谱中的共振态的数目和反共振隧穿零点并未随着耦合强度的差异而改变,但不同的耦合组态对体系的能谱特征仍有着十分重要的作用。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-18
  1.1 介观系统  11-12
  1.2 低维半导体结构  12-13
  1.3 量子点及其特性  13-16
    1.3.1 单量子点及其特性  13-15
    1.3.2 耦合量子点体系及其特性  15-16
  1.4 本课题研究的意义和主要内容  16-18
    1.4.1 研究意义  16-17
    1.4.2 主要内容  17-18
第2章量子输运理论中非平衡态格林函数方法的应用  18-23
  2.1 非平衡格林函数方法  18-19
  2.2 Langreth定理  19-20
  2.3 运动方程  20-21
  2.4 Dyson方程  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章四端耦合量子点分子桥量子输运性质研究  23-30
  3.1 引言  23
  3.2 模型哈密顿量和电流表达式  23-26
  3.3 数值结果与讨论  26-28
    3.3.1 两终端体系隧穿几率计算结果及分析  26-28
    3.3.2 三终端和四终端体系隧穿几率计算结果及分析  28
  3.4 本章小结  28-30
第4章旁路耦合量子点阵列的四量子点环体系电输运性质的研究  30-41
  4.1 引言  30
  4.2 模型哈密顿量和电流表达式  30-34
  4.3 数值结果与讨论  34-40
    4.3.1 所有量子点的单量子点能级完全匹配时隧穿几率计算结果及分析  35-37
    4.3.2 环中量子点与两个旁路耦合阵列中量子点的单量子点能级不匹配时隧穿几率计算结果及分析  37-39
    4.3.3 相邻量子点之间耦合强度不相同时隧穿几率计算结果及分析  39-40
  4.4 本章小结  40-41
结论  41-43
参考文献  43-50
攻读硕士学位期间发表的学术论文  50-52
致谢  52

多端耦合量子点体系量子输运特性的研究

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