量子點(diǎn)系統(tǒng)中的熱電輸運(yùn)研究.pdf

1、熱電材料是一種能將熱能和電能進(jìn)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(lái)，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(yùn)性質(zhì)？這些問(wèn)題逐漸成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本論文利用非平衡格林函數(shù)方法研究了量子

2、點(diǎn)體系的熱電輸運(yùn)特性。重點(diǎn)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(duì)熱電輸運(yùn)過(guò)程的影響。其主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)研究了耦合到正常電極和超導(dǎo)電極間的三量子點(diǎn)體系在線性響應(yīng)區(qū)的熱電輸運(yùn)特性。討論了超導(dǎo)能隙、量子點(diǎn)間的耦合和庫(kù)倫作用對(duì)熱電輸運(yùn)特性的影響。研究表明:低溫下，在超導(dǎo)能隙外區(qū)域，超導(dǎo)電極能夠抑制熱導(dǎo)率從而使熱電勢(shì)得到提高。當(dāng)量子點(diǎn)的能級(jí)和點(diǎn)間耦合強(qiáng)度給定時(shí)，金屬-量子點(diǎn)

3、-超導(dǎo)系統(tǒng)可以獲得比金屬-量子點(diǎn)-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(kù)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(diǎn)間耦合不僅導(dǎo)致量子干涉，而且使類分子能級(jí)變寬并減小能隙位置附近的熱導(dǎo)率，從而大大提高了熱電勢(shì)。庫(kù)侖相互作用還可以有效地減小熱電勢(shì)峰所對(duì)應(yīng)的熱導(dǎo)率，于是，當(dāng)干涉效應(yīng)和庫(kù)侖相互作用同時(shí)存在時(shí)，系統(tǒng)的品質(zhì)因子大大提高。
　　(2)研究了外加微波場(chǎng)作用下鐵磁-量子點(diǎn)-超導(dǎo)

4、結(jié)構(gòu)的熱電輸運(yùn)特性。由于考慮了自旋翻轉(zhuǎn)，量子點(diǎn)的有效能級(jí)發(fā)生劈裂，而微波場(chǎng)的存在導(dǎo)致了光子輔助的多通道量子輸運(yùn)。研究結(jié)果表明，當(dāng)量子點(diǎn)能級(jí)位于超導(dǎo)能隙外時(shí)，通過(guò)增強(qiáng)量子點(diǎn)內(nèi)自旋翻轉(zhuǎn)強(qiáng)度可以提高系統(tǒng)品質(zhì)因子。適當(dāng)?shù)貎?yōu)化配置量子點(diǎn)內(nèi)自旋翻轉(zhuǎn)強(qiáng)度、微波場(chǎng)的強(qiáng)度和頻率，可以得到高的熱電勢(shì)和品質(zhì)因子。這些結(jié)果提供了利用外加微波場(chǎng)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(diǎn)體系兩個(gè)金屬電極之間的熱電輸運(yùn)特性。

5、自旋軌道耦合引起自旋相關(guān)的相位，與磁場(chǎng)共同作用可以導(dǎo)致自旋相關(guān)的熱電效應(yīng)。通過(guò)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(guò)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(shí)影響熱電勢(shì)，在特定的相位區(qū)間，自旋相關(guān)的熱電勢(shì)呈雙峰結(jié)構(gòu)，而熱電勢(shì)和熱自旋勢(shì)呈現(xiàn)四峰結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)制磁通相位和自旋-軌道耦合相位，可以使熱電勢(shì)為零而熱自旋勢(shì)非零，這一結(jié)果為理解和設(shè)計(jì)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