量子點(diǎn)與納米機(jī)械振子系統(tǒng)的量子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、量子點(diǎn)，人工原子或固體中的人造亞微米結(jié)構(gòu)組成了介觀導(dǎo)體的代表性體系，而且像遂穿耦合，能級(jí)間隙等系統(tǒng)性質(zhì)都能很好地被控制和調(diào)節(jié)，因而它也是量子工程裝置的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。連續(xù)耦合的量子點(diǎn)，如雙量子點(diǎn)，因其不同量子點(diǎn)之間量子疊加對(duì)電荷輸運(yùn)有直接的影響，也能為探索量子相干效應(yīng)提供完美的體系。此外，由于耦合量子點(diǎn)具有很好的集成性，它也是未來(lái)量子計(jì)算履行的有希望的候選者。近來(lái)的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)使得限制、操縱以及測(cè)量量子點(diǎn)中少量電子甚至單個(gè)電子成為可能。

2、與此同時(shí)，納米機(jī)械振子因其根本性的重要性和潛在的應(yīng)用，已經(jīng)成為一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域而且受到了相當(dāng)多的關(guān)注。高振動(dòng)頻率和大品質(zhì)因子的納米機(jī)械振子已經(jīng)能夠被用于許多不同的方面：例如，萬(wàn)有引力波或質(zhì)量的探測(cè)；被用來(lái)探索諸如宏觀尺度上的疊加和糾纏等量子效應(yīng)。特別地，隨著納米加工技術(shù)的進(jìn)步，納米機(jī)械振子和諸如量子點(diǎn)等納米結(jié)構(gòu)耦合的裝置已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。實(shí)現(xiàn)控制和理解這些系統(tǒng)因此變得很有趣。此外，探測(cè)儀器對(duì)于該系統(tǒng)的測(cè)量反作用也非常有趣，因?yàn)檫@能夠使

3、我們真正地理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 在本論文中，我們主要分別研究了耦合雙量子點(diǎn)、三量子點(diǎn)及其與納米機(jī)械振子耦合體系的動(dòng)力學(xué)行為，如動(dòng)力學(xué)演化、基態(tài)冷卻及其檢驗(yàn)；此外我們還對(duì)單量子點(diǎn)、耦合雙量子點(diǎn)的輸運(yùn)性質(zhì)以及測(cè)量?jī)x器對(duì)系統(tǒng)的反作用做了深入的研究。本文結(jié)構(gòu)如下：
　　 第一章是緒論，主要介紹我們研究中所使用到的一些體系及其物理特性，主要涉及半導(dǎo)體量子點(diǎn)制備，耦合雙量子點(diǎn)、三量子點(diǎn)體系以及輸運(yùn)中的電子的聚束和反聚束現(xiàn)象。

4、　　 第二章，通過(guò)求解一個(gè)簡(jiǎn)單的耦合雙量子點(diǎn)模型，給出我們研究工作中使用的本征態(tài)(非局域態(tài))表象中的量子主方程方法。我們的方法不受限于量子點(diǎn)的偏壓以及溫度的選取且沒有對(duì)方程引入旋波近似。此外，我們的方法所給出的含粒子數(shù)目分辨率的方程與本征態(tài)表象中的多體薛定諤方程給出的結(jié)果是一致的。
　　 第三章，我們提出了一種借助耦合三量子點(diǎn)體系實(shí)現(xiàn)納米機(jī)械振子基態(tài)冷卻的方案。在該方案中，納米機(jī)械振子和三量子點(diǎn)電容地耦合在了一起。這個(gè)三量子點(diǎn)

5、是一個(gè)∧構(gòu)型的三能級(jí)原子的電子的類似物，能夠允許電子進(jìn)入到低能量態(tài)，而且僅能從高能量態(tài)出去。通過(guò)調(diào)節(jié)三量子點(diǎn)中兩個(gè)低能態(tài)的簡(jiǎn)并性，單個(gè)電子能夠被囚禁在暗態(tài)。這個(gè)態(tài)是由于兩個(gè)低能態(tài)到高能態(tài)的遂穿之間破壞性的量子干涉所引起。當(dāng)電子為了實(shí)現(xiàn)激發(fā)而不停地且比較容易地從納米機(jī)械振子吸取能量量子，納米機(jī)械振子的基態(tài)冷卻就能實(shí)現(xiàn)了。
　　 第四章，我們提出了一種電流關(guān)聯(lián)譜的方法來(lái)探測(cè)納米機(jī)械振子的量子行為。該納米機(jī)械振子和雙量子點(diǎn)耦合在一起，

6、在這里雙量子點(diǎn)充當(dāng)了量子轉(zhuǎn)換器并和量子點(diǎn)接觸耦合起來(lái)。通過(guò)測(cè)量量子點(diǎn)接觸的電流關(guān)聯(lián)譜，取決于納米機(jī)械振子中聲子占據(jù)數(shù)的雙量子點(diǎn)的能級(jí)移動(dòng)能被確定下來(lái)。納米機(jī)械振子的量子行為因而也能被觀察到。特別地，納米機(jī)械振子是否冷卻到了量子區(qū)域也能夠得到檢驗(yàn)。此外，量子點(diǎn)和納米機(jī)械振子之間的耦合強(qiáng)度對(duì)這些能級(jí)移動(dòng)的影響也被研究了。我們還研究了電荷探測(cè)器對(duì)雙量子點(diǎn)的反作用對(duì)于量子點(diǎn)接觸的電流關(guān)聯(lián)譜的影響。
　　 第五章，我們研究了電荷探測(cè)器的測(cè)

7、量反作用對(duì)被測(cè)的有電偏壓的量子點(diǎn)的全計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)的影響。我們首先以單量子點(diǎn)為例子，研究了不同能級(jí)狀態(tài)下電子通過(guò)單量子點(diǎn)的全計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)行為以及考慮到測(cè)量?jī)x器對(duì)于該體系的反作用的影響，并且和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)以及做了新的預(yù)測(cè)。我們還特別研究了該測(cè)量反作用對(duì)耦合雙量子點(diǎn)的全計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)的影響。我們發(fā)現(xiàn)，在某些條件下，這種不可避免的測(cè)量反作用能夠根本性地改變雙量子點(diǎn)的全計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)的行為，比如，驅(qū)動(dòng)噪聲在超泊松區(qū)域和亞泊松區(qū)域之間變化，并且這種影響可以被用來(lái)