耦合量子點系統(tǒng)熱電和熱自旋效應.pdf

1、熱電材料是能夠將電能和熱能相互轉換的功能性材料,人們利用熱電材料制造的設備能夠實現發(fā)電和制冷的目的。近年來,由于低維材料結構具有高的能量轉換效率而被廣泛研究。關于低維結構中電子自旋極化輸運問題的研究發(fā)現電子的自旋極化可以影響低維量子結構的熱電效應,尤其是對量子點體系的自旋極化熱電輸運的影響極為明顯。研究自旋極化對量子點系統(tǒng)熱電效應和熱自旋效應的影響,需要解決的問題是:有效控制產生自旋極化的參量;自旋極化對熱和電輸運的影響程度;如何更恰當

2、的提高熱電材料器件的性能。因此,論文利用非平衡態(tài)格林函數和Dyson方程方法,研究耦合量子點體系熱電效應,自旋相關熱電效應和熱自旋效應等問題,并討論了Rashba自旋軌道耦合效應、量子點中磁場塞曼劈裂和非均勻磁場效應等多種因素的作用下,平行耦合量子點體系的自旋相關熱電傳輸特性。
　　首先,研究了Rashba自旋軌道耦合影響平行耦合雙量子點系統(tǒng)熱電勢的物理機制。研究結果表明,由于Rashba自旋軌道耦合的存在而產生自旋相關相位因子影

3、響電子的輸運特性。Rashba自旋軌道耦合和磁場通量共同作用是導致熱電勢的符號和大小改變的主要原因,而且在選擇適當Rashba自旋軌道耦合誘生的相位因子和磁場通量相位因子情況下,對于某些確定的量子點內電子-電子庫侖相互作用,可以得到符號不變的熱電勢,即材料導電類型相對固定;同時,這些參量對熱電勢出現絕對值最大值的工作溫度也有影響,在溫度近似等效于量子點和電極之間耦合的展寬能級時,熱電勢絕對值達到最大值。在研究中還發(fā)現,由于 Rashba

4、自旋軌道耦合的存在,Rashba自旋軌道耦合與磁場共同作用能夠產生電子的自旋分離現象,從而可以產生自旋依賴的熱電效應現象,并發(fā)現自旋依賴熱電勢和電荷熱電勢隨量子點體系參量的變化規(guī)律明顯不同。
　　對鑲嵌量子點的 Aharonov-Bohm(AB)干涉系統(tǒng)的熱自旋效應進行了研究?？紤]磁場作用下量子點中電子能級的塞曼劈裂、Rashba自旋軌道耦合和磁場通量的共同作用下,耦合雙量子點體系熱電和熱自旋現象呈現出新特征。研究結果表明由于塞曼

5、劈裂和庫侖相互作用,電子透射共振峰值分別向體系的分子成鍵態(tài)和反鍵態(tài)方向移動。當量子點分子態(tài)能級高于和低于電極中電子化學勢的兩種情形下,體系的塞貝克系數符號相反,系統(tǒng)塞貝克系數受電子透射譜中Fano共振的調制。而且量子點和電極之間的非對稱耦合同樣可以對系統(tǒng)熱自旋輸運特性產生影響,從而影響自旋熱電優(yōu)值。研究也表明塞曼劈裂是影響耦合雙量子點體系熱電優(yōu)值的關鍵因素之一。
　　對非均勻磁場作用下的平行耦合雙量子點系統(tǒng)的微小溫差產生自旋流的特

6、性進行了研究。發(fā)現量子點之間隧穿結上施加的反向磁場能使自旋相關塞貝克系數產生自旋倒逆現象,從而可以通過改變量子點之間隧穿結上的磁場方向來改變自旋塞貝克系數的符號。如果將量子點能級調節(jié)到接近電極的費米能級附近某一區(qū)間內,兩電極的溫差可以產生自旋流;Rashba自旋軌道耦合引起的相位因子?R=0時,自旋塞貝克系數為零,系統(tǒng)溫差無產生自旋流的能力,隨著兩左右AB環(huán)中磁場通量差值引起的相位差值δ?的增加,量子點能級的改變使電荷塞貝克系數隨之發(fā)生

7、振蕩變化,當?R≠0時,電荷塞貝克系數隨著δ?的增加,幅值和頻率變化很小,而自旋塞貝克系數隨量子點能級的變化振蕩加劇;Rashba自旋軌道耦合強度對自旋塞貝克系數的影響表現為最大值和出現最大值的量子點能級位置發(fā)生改變;研究表明自旋相關的量子點間隧穿耦合強度是影響體系熱電優(yōu)值的另一個關鍵因素。
　　最后,研究了磁場對平行耦合三量子點系統(tǒng)的熱電和自旋相關熱電效應的影響。結果表明,磁場通量和塞曼場共同作用使系統(tǒng)不再滿足維德曼-弗朗茲定律

8、。通過對多通道系統(tǒng)的分析發(fā)現,隨著點間隧穿耦合強度的增加,系統(tǒng)熱電優(yōu)值降低,說明多通道系統(tǒng)抑制了系統(tǒng)熱電優(yōu)值的增加,這對設計更好的熱電轉換設備具有很重要的參考價值。通過與不同構型三量子點體系的計算結果對比發(fā)現,耦合雙量子點結構是獲得高熱電優(yōu)值較理想的體系。
　　總之,論文考慮點間隧穿耦合、Rashba自旋軌道耦合、磁場通量、磁場塞曼劈裂以及量子點與電極之間隧穿耦合強度等參量的作用,深入研究了耦合量子點系統(tǒng)的熱電和熱自旋傳輸特性。也