文档介绍：评阅人‘缸爨,狲、.见欠论电子及自旋性质学位文嵌有量子点分子的干涉器中答辩委员会主席:公垆哆舀分类号密级作者姓名:韩宇指导教师:魏国柱教授东北大学理学院申请学位级别:博士学科类别:工学学科专业名称:材料物理与化学论文提交日期:年日论文答辩日期:年日学位授予日期:东北大年月√队丘尸。、
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学位论文作者签名:日期。,所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
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摘要嵌有量子点分子的干涉器中的电子及自旋性质半导体量子点是准零维的介观结构,其中的载流子纾旱缱受到量子束缚而具有分立的能级和较强的库仑相互作用,这使得单个量子点的电子特性类似于自然界的原子,而被称为人造原子。因而可以推知,当多个量子点相互靠近而耦合在一起时形成的量子点分子结构的电子行为与自然分子可比拟。而各种不同结构的量子点分子皆可以与外电极以不同方式相连而形成介观电路,这样可通过观察其电子输运性质研究其电子结构。与此同时,对于在电子输运过程中如何实现对电子或自旋的人为操控的研究具有重要的器件应用价值。与单个量子点相比,量子点分子结构具有更多的结构参数可以调控,其所实现的丰富的物理效应可作为未来量子信息及量子计算等纳米电子学功能器件的物理基础,量子点分子结构的电子输运特性是目前关于量子点研究的热点方向。本文采用非平衡态格林函数方法,对几种典型的嵌有量子点分子的干涉器中的电子以及自旋输运性质进行了较为系统的理论研究,得到了一些有意义的结果。本论文工作的基本物理思想如下:量子相干是主导介观电子输运性质的基本物理机制,而量子点分子体系以及干涉器的结构为电子隧穿提供了丰富的相干路径此降肪。电子在肪吨械乃泶┕讨薪ǚ⑸孔痈缮妫佣贾碌缱在量子点分子体系中的丰富多样的输运特性。因此,研究量子点分子体系的电子输运特性,必须揭示决定这些输运特性的量子相干图像,这是始终贯穿于本论文工作的一条主线。本论文工作开展了如下两个方面的理论研究:第一个方面,建立了三种物理模型,即,隽孔拥泷詈瞎钩傻牧孔拥懔匆匀我两个相邻量子点分别嵌入干涉器的两个臂中;隽孔拥泷詈瞎钩傻牧孔拥懔戳蕉点的量子点分别嵌入干涉器的两个臂中;隽孔拥泷詈瞎钩傻牧孔拥慊芬韵嗔诘两个量子点分别嵌入干涉器的两个臂中。我们系统地研究了这三个模型中电子输运过程中的退耦合和反共振现象。对于第一个模型,研究发现,仅仅当由偶数个量子点构成的量子点链对称地嵌入干涉器时,即,当器臂中的两个量子点分别耦合有相同数目的量子点时,量子点分子的一些分子态将与电极发生退耦合现象。当无磁场通过干涉器时,所有第奇数个分子态从电极上退耦合掉;而引入合适的磁通穿过干涉器,可使所有第偶数个分子态从电极上退耦合。有趣的是,当退耦合现象出现时,电导谱东北大学博士学位论文摘要
中的反共振点的位置与磁场是否存在无关。通过调节穿过干涉器的磁通,使穿过两个子环的磁通量不同时,可以实现一些分子态从一个电极上退耦合但仍与另一个电极耦合的现象。正是由于这一现象导致了电导谱中新的反共振点的出现,且其位置恰好与这种半退耦合态的能级位置一致。对于第二个模型,研究发现,与前述结构相比,电子输运过程中的退耦合以及反共振现象所表现出来的特征更加丰富。在无磁场的条件下,当量子点总数为奇数时,量子点链中所有序数为偶数的分子态从电极上退耦合;与之相反,当量子点总数为偶数时,该量子点链的所有序数为奇数的分子态从电极上退耦合。伴随着该结构中所表现出的丰富的退耦合现象,电子输运中也存在明显的反共振现象。对于量子点数目是奇数的量子点链,线性电导谱中的反共振点的位置与其亚分子话蕉肆子点的量子点链段钠偶肿犹恢隆5币胧实鼻慷鹊拇懦∈保庵窒窒笙应发生改变,量子点数目是奇数的量子点链的线性电导谱中的反共振点的位置与其亚分子的偶分子态对应能级一致。以上的研究结果表明,电子输运过程中表现出来的退耦合以及反共振现象与体系的对称性有关。通过对第三个模型的研究发现,由量子点环嵌入干涉器中构成的介观电路体系的退耦合以及反共振现象更加丰富,这是因为该体系的对称性由量子点环和干涉器同时贡献。通过计算发现,相较于相同数目的量子点链状结构,由量子点环嵌入干涉器的结构中的退耦合现象更为显著,并且在该结构中存在两种导致退耦合的机制:其一是通过调节磁通相因子,使耦合量子点的分子态与电极的耦合强度为零,从而产生退耦合现象;其二是来源于量子点环本身的对称性,正是由于量子点环的对称性,使得其分子态存有简并,这些简并态的存在也诱导了退耦合现象的出现。而且,我们还能看到,在适当的磁通穿过干涉器时,嵌