耦合量子点体系电子输运性质理论研究

论文摘要

量子点是继超晶格和量子阱之后,于上个世纪80年代中后期和量子线同时发展起来的一种新型低维量子结构。几个量子点在空间上相互靠近并发生耦合效应就形成了耦合量子点体系。对于耦合量子点体系,无论其组成的量子点的空间对称性,还是量子点的尺寸、相互之间的耦合强度都是人为可以调控的,从而实现了人们操纵固体的梦想,并因此而受到广泛的关注。本文采用非平衡格林函数方法,对几种新型的耦合量子点结构的输运性质进行了系统的理论研究,并得到了一些有意义的结果。首先,我们研究了环形量子点阵列（简称量子点环）与两个电极相耦合形成的两终端体系的输运性质。对于量子点环而言,与电极相耦合的量子点在环中占有特殊的地位。因此我们分别讨论了两个电极与环中的同一个量子点相耦合、两个电极分别与环中相邻的两个量子点相耦合以及两个电极分别与环中不相邻的两个量子点相耦合的三种结构。利用非平衡格林函数的运动方程和Dyson方程,分别在三种结构中推导了当体系包含任意个量子点时的电流递推表达式,它们均可以写成统一的类Landauer-Büttiker公式形式。在数值计算部分,作为体系的一个特例,我们首先详细的研究了由四个量子点耦合成的量子点环中的电子输运,确定了三种结构的共振隧穿谱线对单量子点能级的不同组合情况以及相邻量子点之间的耦合强度的依赖关系。随着量子点数目的增多,体系的共振隧穿谱会变得更加复杂。因此在对由n个量子点耦合成的量子点环的数值计算中,我们假定所有的量子点都是全同的,即所有的量子点都具有相同的单量子点能级εi0=ε0,并且相邻量子点之间的耦合强度都相等,即Vi , i+1 = V0。计算结果表明,三种结构的的输运性质差别很大。对于两个电极和量子点环中的同一个量子点相耦合的结构,共振隧穿谱中的每个共振峰的峰值都相等,并且都取最大值1.0。当n为偶数时,体系共振隧穿谱关于ε0对称分布,其中的共振峰的数目等于n /2 + 1个。并且随着n /2奇偶性的变化而在ε0处表现出明显的奇偶性,即:当n /2为偶数时,在ε0处出现电子可以隧穿通过的共振峰;而n /2为奇数时,在ε0处没有共振峰出现;我们把这种奇偶性成为“半奇偶性”,这与一维量子点阵中的奇偶性正好相反。当n为奇数时,体系的共振隧穿谱没有对称性,而共振峰

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1 章 绪论
• 1.1 低维半导体材料综述
• 1.2 量子点的基本知识
• 1.2.1 量子点的定义
• 1.2.2 量子点的分类
• 1.2.3 量子点结构材料的制备技术
• 1.2.4 量子点结构的奇异性质
• 1.3 量子输运的基本理论
• 1.3.1 无相互作用介观电子系统的输运理论
• 1.3.2 相互作用介观电子系统的输运理论
• 1.4 本文的研究背景和来源
• 1.5 本文的研究目的和主要研究内容
• 1.5.1 本文的研究目的和意义
• 1.5.2 本文的主要研究内容
• 第2章 非平衡格林函数方法
• 2.1 非平衡格林函数定义
• 2.2 Langreth定理
• 2.3 Dyson方程
• 2.4 运动方程
• 2.5 应用举例
• 第3章 两终端环形量子点阵列中的电子输运
• 3.1 引言
• 3.2 模型哈密顿量和电流表达式
• 3.2.1 两电极与环中同一个量子点相耦合的情形
• 3.2.2 两电极与环中相邻的两个量子点相耦合时的情形
• 3.2.3 两电极与环中不相邻的两个量子点相耦合时的情形
• 3.3 数值结果与讨论
• 3.3.1 环中包含四个量子点的情形
• 3.3.2 环中包含任意个量子点的情形
• 3.4 本章小结
• 第4章 并联量子点线中的电子输运
• 4.1 模型哈密顿量以及电流表达式
• 4.2 数值结果与讨论
• 4.2.1 两条量子点线包含的量子点数目相等的情形
• 4.2.2 两条量子点线包含的量子点数目不相等的情形
• 4.3 本章小结
• 第5章 多终端耦合量子点阵列中的电子输运
• 5.1 引言
• 5.2 四终端环形量子点阵列中的电子输运
• 5.2.1 模型哈密顿量以及电流表达式
• 5.2.2 数值结果与讨论
• 5.3 多终端耦合量子点分支结构中的电子输运
• 5.3.1 模型哈密顿量以及电流表达式
• 5.3.2 数值结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间所发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位论文涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历