量子點與納米機械振子系統(tǒng)的量子動力學研究.pdf

1、量子點，人工原子或固體中的人造亞微米結構組成了介觀導體的代表性體系，而且像遂穿耦合，能級間隙等系統(tǒng)性質都能很好地被控制和調節(jié)，因而它也是量子工程裝置的實驗平臺。連續(xù)耦合的量子點，如雙量子點，因其不同量子點之間量子疊加對電荷輸運有直接的影響，也能為探索量子相干效應提供完美的體系。此外，由于耦合量子點具有很好的集成性，它也是未來量子計算履行的有希望的候選者。近來的科學技術的進步已經使得限制、操縱以及測量量子點中少量電子甚至單個電子成為可能。

2、與此同時，納米機械振子因其根本性的重要性和潛在的應用，已經成為一個非?；钴S的研究領域而且受到了相當多的關注。高振動頻率和大品質因子的納米機械振子已經能夠被用于許多不同的方面：例如，萬有引力波或質量的探測；被用來探索諸如宏觀尺度上的疊加和糾纏等量子效應。特別地，隨著納米加工技術的進步，納米機械振子和諸如量子點等納米結構耦合的裝置已經能夠實現。實現控制和理解這些系統(tǒng)因此變得很有趣。此外，探測儀器對于該系統(tǒng)的測量反作用也非常有趣，因為這能夠使

3、我們真正地理解實驗結果。
　　 在本論文中，我們主要分別研究了耦合雙量子點、三量子點及其與納米機械振子耦合體系的動力學行為，如動力學演化、基態(tài)冷卻及其檢驗；此外我們還對單量子點、耦合雙量子點的輸運性質以及測量儀器對系統(tǒng)的反作用做了深入的研究。本文結構如下：
　　 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，主要涉及半導體量子點制備，耦合雙量子點、三量子點體系以及輸運中的電子的聚束和反聚束現象。

4、　　 第二章，通過求解一個簡單的耦合雙量子點模型，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的偏壓以及溫度的選取且沒有對方程引入旋波近似。此外，我們的方法所給出的含粒子數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果是一致的。
　　 第三章，我們提出了一種借助耦合三量子點體系實現納米機械振子基態(tài)冷卻的方案。在該方案中，納米機械振子和三量子點電容地耦合在了一起。這個三量子點

5、是一個∧構型的三能級原子的電子的類似物，能夠允許電子進入到低能量態(tài)，而且僅能從高能量態(tài)出去。通過調節(jié)三量子點中兩個低能態(tài)的簡并性，單個電子能夠被囚禁在暗態(tài)。這個態(tài)是由于兩個低能態(tài)到高能態(tài)的遂穿之間破壞性的量子干涉所引起。當電子為了實現激發(fā)而不停地且比較容易地從納米機械振子吸取能量量子，納米機械振子的基態(tài)冷卻就能實現了。
　　 第四章，我們提出了一種電流關聯譜的方法來探測納米機械振子的量子行為。該納米機械振子和雙量子點耦合在一起，

6、在這里雙量子點充當了量子轉換器并和量子點接觸耦合起來。通過測量量子點接觸的電流關聯譜，取決于納米機械振子中聲子占據數的雙量子點的能級移動能被確定下來。納米機械振子的量子行為因而也能被觀察到。特別地，納米機械振子是否冷卻到了量子區(qū)域也能夠得到檢驗。此外，量子點和納米機械振子之間的耦合強度對這些能級移動的影響也被研究了。我們還研究了電荷探測器對雙量子點的反作用對于量子點接觸的電流關聯譜的影響。
　　 第五章，我們研究了電荷探測器的測

7、量反作用對被測的有電偏壓的量子點的全計數統(tǒng)計的影響。我們首先以單量子點為例子，研究了不同能級狀態(tài)下電子通過單量子點的全計數統(tǒng)計行為以及考慮到測量儀器對于該體系的反作用的影響，并且和實驗結果進行了比對以及做了新的預測。我們還特別研究了該測量反作用對耦合雙量子點的全計數統(tǒng)計的影響。我們發(fā)現，在某些條件下，這種不可避免的測量反作用能夠根本性地改變雙量子點的全計數統(tǒng)計的行為，比如，驅動噪聲在超泊松區(qū)域和亞泊松區(qū)域之間變化，并且這種影響可以被用來