量子點系統(tǒng)中的熱電輸運研究.pdf

1、熱電材料是一種能將熱能和電能進行相互轉(zhuǎn)換的功能材料。熱電材料可以用于制冷、發(fā)電或熱能傳感器等設(shè)備，在軍事、航天、生物、醫(yī)藥、工業(yè)等各領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)的體材料中，由于受Wiedemann-Franz定律和Mott關(guān)系的制約，熱電材料的應(yīng)用受到限制。近年來，低維系統(tǒng)的高效熱電轉(zhuǎn)換效率引起了人們的廣泛關(guān)注。如何提高熱電材料器件性能？如何產(chǎn)生自旋極化并影響熱電輸運性質(zhì)？這些問題逐漸成為研究的熱點問題。本論文利用非平衡格林函數(shù)方法研究了量子

2、點體系的熱電輸運特性。重點討論了Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)、電子-電子相互作用、電子-光子相互作用，自旋翻轉(zhuǎn)等作用對熱電輸運過程的影響。其主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究了耦合到正常電極和超導電極間的三量子點體系在線性響應(yīng)區(qū)的熱電輸運特性。討論了超導能隙、量子點間的耦合和庫倫作用對熱電輸運特性的影響。研究表明:低溫下，在超導能隙外區(qū)域，超導電極能夠抑制熱導率從而使熱電勢得到提高。當量子點的能級和點間耦合強度給定時，金屬-量子點

3、-超導系統(tǒng)可以獲得比金屬-量子點-金屬結(jié)系統(tǒng)更大的熱電品質(zhì)因子。此外，系統(tǒng)中的量子干涉、庫侖阻塞、Andreev反射以及雙極化效應(yīng)為獲得高熱電效率提供了更多的可能。量子點間耦合不僅導致量子干涉，而且使類分子能級變寬并減小能隙位置附近的熱導率，從而大大提高了熱電勢。庫侖相互作用還可以有效地減小熱電勢峰所對應(yīng)的熱導率，于是，當干涉效應(yīng)和庫侖相互作用同時存在時，系統(tǒng)的品質(zhì)因子大大提高。
　　(2)研究了外加微波場作用下鐵磁-量子點-超導

4、結(jié)構(gòu)的熱電輸運特性。由于考慮了自旋翻轉(zhuǎn)，量子點的有效能級發(fā)生劈裂，而微波場的存在導致了光子輔助的多通道量子輸運。研究結(jié)果表明，當量子點能級位于超導能隙外時，通過增強量子點內(nèi)自旋翻轉(zhuǎn)強度可以提高系統(tǒng)品質(zhì)因子。適當?shù)貎?yōu)化配置量子點內(nèi)自旋翻轉(zhuǎn)強度、微波場的強度和頻率，可以得到高的熱電勢和品質(zhì)因子。這些結(jié)果提供了利用外加微波場調(diào)控系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換的新途徑。
　　(3)研究了有自旋-軌道相互作用的平行三量子點體系兩個金屬電極之間的熱電輸運特性。

5、自旋軌道耦合引起自旋相關(guān)的相位，與磁場共同作用可以導致自旋相關(guān)的熱電效應(yīng)。通過調(diào)節(jié)磁通相位和自旋-軌道耦合相位，自旋熱電品質(zhì)因子可以很大，甚至可以超過電荷熱電品質(zhì)因子。磁通相位和自旋-軌道耦合相位可以同時影響熱電勢，在特定的相位區(qū)間，自旋相關(guān)的熱電勢呈雙峰結(jié)構(gòu)，而熱電勢和熱自旋勢呈現(xiàn)四峰結(jié)構(gòu)。通過調(diào)制磁通相位和自旋-軌道耦合相位，可以使熱電勢為零而熱自旋勢非零，這一結(jié)果為理解和設(shè)計熱自旋池——一種能夠?qū)徂D(zhuǎn)化為自旋偏壓并產(chǎn)生純自旋流的裝