杂质对双量子点Aharonov-Bohm干涉环中电子输运特性的影响

论文摘要

介观量子点系统中电子输运性质的研究是目前凝聚态物理和材料物理中的一个热点。因为它不仅是对基础理论的补充,更是为量子器件的发展提供了理论基础。目前实验技术的进步和发展,已经允许在纳米尺度范围内,通过可控制的方式去实现和操控量子点,这也促使更多的人致力于研究量子点这种类原子系统中的电子特性。尽管有这些工作,但是对量子点系统而言,由于其无规则性和缺陷,杂质的存在是不可避免的,到目前为止,制造两个纯净的量子点仍是一项十分巨大的挑战。一些局域态经常存在于量子点系统中,使得量子点能级杂化,但又因为它们并非直接与电极耦合,因此,被称为杂质态。这些杂质的存在会影响电子的输运性质,对所制造的纳米器件的品质也会有一定的影响,所以去研究杂质对耦合量子点结构内的电子输运性质的影响是非常有必要的。本文采用非平衡态格林函数方法,较为系统地从理论上研究了杂质对双量子点Aharonov-Bohm环中的电子输运性质的影响。考虑杂质以局域和非局域这两种不同方式分别耦合到两环臂量子点上的情况,工作重点是对不同结构以及环境参数下的电子输运电导进行详细对比与分析,并最终得到一些有意义的结果。通过研究发现,杂质对该结构下的电子输运有很重要的影响。当无外加磁场时,单能级杂质导致电导谱中Fano线型的出现。Fano反共振点的位置由杂质和量子点间的耦合强度以及量子点能级决定,并且反共振点位置满足一定的代数关系。引入磁场后,当磁通相位因子Φ=π时,发现磁场能改变杂质的作用,相应地表现是,电导谱由Fano线型转化成Breit-Wegner线型。与局域态杂质相比,非局域杂质对量子干涉的影响效果更加明显。以非局域方式耦合到量子点上的杂质能改变电导随磁场变化的周期。另外,多重能级杂质将进一步改变电子输运,使得电导谱更加复杂。在研究杂质对电子输运的影响时,有必要去考虑电子间的相互作用。在电子相互作用取二阶近似条件下,发现该作用能够进一步在调控电子输运方面发挥其重要性。在杂质态以局域和非局域这两种方式耦合情况下,改变电子相互作用的大小,由杂质诱导的电导谱中的Fano线型均具有相反的对称性。两种结构下电导谱图还有一点差别就是,在非局域杂质耦合情况下,即使库仑相互作用发生变化,电导谱中Fano反共振现象也是强大的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 介观系统简述
• 1.2 介观系统分类
• 1.2.1 准二维半导体结构—二维电子气和量子阱
• 1.2.2 准一维体系--量子线
• 1.2.3 准零维结构的量子点
• 1.3 介观物理简述
• 1.4 介观现象简述
• 1.4.1 粒子性对介观系统载流子输运的影响
• 1.4.1.1 弹道输运
• 1.4.1.2 单电子现象与库仑阻塞
• 1.4.2 波动性对介观系统载流子输运的影响
• 1.4.2.1 相位干涉导致的现象—普适电导涨落和弱局域化
• 1.4.2.2 电子隧穿现象—共振隧穿Kondo效应
• 1.4.2.3 AB效应简述
• 1.5 量子点中的典型物理效应
• 1.5.1 量子尺寸效应
• 1.5.2 Fano效应
• 第2章 格林函数方法
• 2.1 平衡态格林函数的定义
• 2.2 非平衡态格林函数
• 2.2.1 非平衡态格林函数的定义
• 2.2.2 非平衡态格林函数在介观体系电子输运中的应用
• 第3章 杂质对双量子点Aharonov-Bohm干涉环中电子输运特性的影响
• 3.1 研究背景
• 3.2 理论模型
• 3.3 数值结果分析及讨论
• 3.3.1 局域杂质-量子点耦合
• 3.3.1.1 一个单能级杂质侧耦合到一侧
• 3.3.1.2 两个单能级杂质分别耦合到两侧
• 3.3.1.3 一个双能级杂质耦合到一侧
• 3.3.1.4 两个双能级杂质分别耦合到两侧
• 3.3.1.5 杂质能级连续
• 3.3.1.6 电子相互作用
• 3.3.2 非局域杂质-量子点耦合
• 3.3.2.1 单能级杂质
• 3.3.2.2 电子相互作用
• 3.4 本章小节
• 第4章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 简历