关键词：
量子点
介观输运
Majorana费米子
纯自旋流
摘要：
进入21世纪后,纳米技术的运用大大改变了人们的生活,推动了社会的发展。其飞速发展激发了人们对介观系统性质的广泛研究,其量子效应,局限效应等使物质在很多性能上发生质变,显示出许多既不同于宏观物体也不同于单个原子的奇异现象。所以介观系统的研究对纳米技术应用有着重要的意义和深远的影响。在本文中,我们主要运用了非平衡格林函数方法,研究了典型的介观系统结构-量子点的输运性质。以及运用量子点结构的输运性质探测Majorana费米子。
在第一章中,我们介绍了介观输运的基本概念和基本理论,讨论了介观系统输运区和量子化的输运通道的问题,同时推导了广泛运用于介观系统输运中Landauer-Buttiker公式,介绍了介观系统中由于量子干涉引起的Aharonov-Bohm效应。同时简单介绍了量子点的特点和在量子点中的Fano共振及库仑阻塞效应。另外,简单概括了最近凝聚态理论比较热门的拓扑绝缘体和拓扑超导体及Majorana费米子基本概念、性质。在纳米技术应用上,自旋电子学是一个比较有应用前景的研究方向。热电子学和自旋电子学结合-热激发自旋电子学对于热-电转化在自旋电子学方面的研究和应用开辟了新的领域。
在第二章中,我们提出了一种探测Majorana费米子的一种理论方法。在平行双量子点系统形成的回路中加入磁通,构成了Aharonov-Bohm干涉仪。两个量子点与一维拓扑超导体的两端相接触的情况下,利用Aharonov-Bohm干涉仪中传输电子的相干效应,分别在拓扑超导体直接接地和通过电容器间接接地两种情况下,讨论了系统的电导。我们发现,在一维拓扑超导体直接接地时,电导随电子能量变化表现出普适的零偏压单位电导峰。这个电导峰在量子点和一维拓扑超导体耦合的情况下,与其他参数无关。而在一维拓扑超导体间接接地时,由于电容器上的强库仑阻塞效应,与原来直接接地相比,发生在量子点和一维拓扑超导体的Andreev反射受到抑制,导致了电子在两个量子点之间一维拓扑超导体的行为类似于通过一个单能级系统,例如量子点,这就是超距传输。但是我们发现,在有路径干涉效应的系统当中,在超距传输过程中附加了一个相位,使得输运性质并不简单等价于一个量子点。由于附加相位的存在,电导随入射电子能量变化会在原来反共振的能级处,出现一个新的电导峰。另外,也是由于附加相位,电导随磁通的变化在量子点和电极不对称耦合时,表现出4π周期,并在电容器增加一个或减少一个充电电荷时,有一个27r的相移。这些现象都说明了在一维拓扑超导体的两端存在着准粒子激发：Majorana费米子。
在第三章中,我们在双量子点加在两个正常金属之间的系统加入热温差,并在两个量子点加入同一磁场,调节两个量子点的能级,由于Zeeman效应,可以使得两个量子点处在不同自旋的占据态分别在电子型和空穴型的传输通道。从电子角度来看,两个量子点通过的电子自旋相反,电流方向相反。如果通过两个量子点上的电流大小相等,方向相反,并带有相反的自旋,则系统没有净电荷流,只会存在自旋流。我们分别讨论了在调节不同能级,自旋的产生和方向的调控都只需要电控方法,不需要铁磁电极,磁场翻转,也不用考虑比较弱的自旋轨道耦合效应。我们还讨论了热自旋系数,发现产生纯自旋流的量子点能级处,电荷塞贝克系数为0,而自旋塞贝克系数不为O。并且在系统处于电子-空穴对称性的量子点能级,无论其他参数如何变化,纯自旋流一定可以出现。
最后对本文做了总结,并对将来的研究方向做了一个展望。
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