低維量子體系輸運中的動力學和熱電性質研究.pdf

1、低維體系由于其特有的低維特性，往往具有區(qū)別于三維塊材的獨特性質。對于分子器件，量子點、分子導線線等低維結構是主要的元器件。本文使用非平衡格林函數方法研究了兩個典型低維體系的輸運性質：雙鏈DNA分子和金屬-量子點-磁性絕緣體異質結。對于DNA分子，研究了分子動力學和電荷輸運之間的相互作用，以及量子相干對其熱電輸運性質的影響。對于量子點異質結，較系統的研究了它的熱自旋輸運機理以及對熱自旋流的調控方法?；贒NA的分子器件和熱自旋電子學是重要

2、的兩個研究方向，我們的結果對相關實驗和器件設計有參考和借鑒意義。
　　當某個體系偏離平衡態(tài)而隨時間演化時，反映體系性質的物理量也會隨著時間變化，非平衡格態(tài)林函數方法是計算這些含時物理量的一種重要方法。當沒有外場或偏壓等非平衡因素時，非平衡格林函數退化為平衡態(tài)格林函數方法，所以非平衡格林函數方法可以被認為是格林函數方法的一般形式。由于有像Dyson方程、Wick定理等系統的方法來處理格林函數的計算，以及很多近似和數值方法也都基于格林

3、函數，使用格林函數方法來進行計算往往會比較方便，也具有較強的適用性。
　　文章第一章為緒論，首先簡述了DNA輸運性質和熱自旋電子學的研究背景和現狀。在簡單介紹了非平衡格林函數涉及的基本定義等背景知識后，說明了如何用格林函數方法處理一類動力學問題，接著對用來處理強關聯體系的隸玻色子方法和非交叉近似做了簡要介紹。緒論的最后簡述了研究的動機和內容。
　　由于DNA分子的堿基間存在π鍵，這使其能夠導通電流。與此同時，堿基間的氫鍵和π

4、鍵都是相對較弱的成鍵作用，這意味著DNA的動力學強度比較小，也就是說其形態(tài)和結構容易受到外力的影響。第二章使用格林函數方法研究了DNA分子在兩端加上偏壓時的動力學，以及動力學對DNA導電性能的影響。發(fā)現電流的動力學效應能夠很顯著地導致堿基對的分離。通過電聲相互作用，被打開的堿基對會抑制電荷的輸運，從而出現負微分電阻等現象。
　　在接下來的第三章，設計了一個實驗方案來驗證DNA中的負微分電阻是否由電流的動力學效應引起，并理論計算了方

5、案的可行性。由于DNA分子動力學影響其導電性質，不同環(huán)境對DNA分子動力學的作用會導致不同的導電特性，電荷輸運與動力學之間的相互作用為解釋實驗上觀察到的DNA多變的導電性質提供了一個新角度。
　　從第四章開始，研究溫差導致的輸運現象。由于DNA的雙鏈結構以及π鍵堆疊導電通道，電荷的輸運中可以出現Fano和Dicke效應這兩種由量子相干導致的現象。我們的計算表明，通過調節(jié)電子在位能和交疊積分等能量的大小，DNA或有類似結構分子的熱電

6、性能可以都到明顯的提升，對這些參數的調節(jié)可通過環(huán)境漲落等方式來實現。
　　在第五章中，研究了另一種低維體系的熱自旋輸運—由金屬、量子點和磁性絕緣體構成的異質結中的自旋Seebeck效應。推導了熱自旋流的格林函數公式，以及其在隸玻色子表示下的表達式，然后使用非交叉近似計算了熱自旋流。這種異質結允許通過門電壓來調節(jié)自旋流的大小，從而提供了一種不需要改變溫度梯度的調控方式。此外，研究了庫倫相互作用對熱自旋流的影響，并發(fā)現強度合適的庫倫作