关键词：
双量子点
三量子点
纳米机械振子
量子基态冷却
测量反作用
完全计数统计
摘要：
量子点,人工原子或固体中的人造亚微米结构组成了介观导体的代表性体系,而且像遂穿耦合,能级间隙等系统性质都能很好地被控制和调节,因而它也是量子工程装置的实验平台。连续耦合的量子点,如双量子点,因其不同量子点之间量子叠加对电荷输运有直接的影响,也能为探索量子相干效应提供完美的体系。此外,由于耦合量子点具有很好的集成性,它也是未来量子计算履行的有希望的候选者。近来的科学技术的进步已经使得限制、操纵以及测量量子点中少量电子甚至单个电子成为可能。与此同时,纳米机械振子因其根本性的重要性和潜在的应用,已经成为一个非常活跃的研究领域而且受到了相当多的关注。高振动频率和大品质因子的纳米机械振子已经能够被用于许多不同的方面：例如,万有引力波或质量的探测；被用来探索诸如宏观尺度上的叠加和纠缠等量子效应。特别地,随着纳米加工技术的进步,纳米机械振子和诸如量子点等纳米结构耦合的装置已经能够实现。实现控制和理解这些系统因此变得很有趣。此外,探测仪器对于该系统的测量反作用也非常有趣,因为这能够使我们真正地理解实验结果。
在本论文中,我们主要分别研究了耦合双量子点、三量子点及其与纳米机械振子耦合体系的动力学行为,如动力学演化、基态冷却及其检验；此外我们还对单量子点、耦合双量子点的输运性质以及测量仪器对系统的反作用做了深入的研究。本文结构如下：
第一章是绪论,主要介绍我们研究中所使用到的一些体系及其物理特性,主要涉及半导体量子点制备,耦合双量子点、三量子点体系以及输运中的电子的聚束和反聚束现象。
第二章,通过求解一个简单的耦合双量子点模型,给出我们研究工作中使用的本征态(非局域态)表象中的量子主方程方法。我们的方法不受限于量子点的偏压以及温度的选取且没有对方程引入旋波近似。此外,我们的方法所给出的含粒子数目分辨率的方程与本征态表象中的多体薛定谔方程给出的结果是一致的。
第三章,我们提出了一种借助耦合三量子点体系实现纳米机械振子基态冷却的方案。在该方案中,纳米机械振子和三量子点电容地耦合在了一起。这个三量子点是一个Λ构型的三能级原子的电子的类似物,能够允许电子进入到低能量态,而且仅能从高能量态出去。通过调节三量子点中两个低能态的简并性,单个电子能够被囚禁在暗态。这个态是由于两个低能态到高能态的遂穿之间破坏性的量子干涉所引起。当电子为了实现激发而不停地且比较容易地从纳米机械振子吸取能量量子,纳米机械振子的基态冷却就能实现了。
第四章,我们提出了一种电流关联谱的方法来探测纳米机械振子的量子行为。该纳米机械振子和双量子点耦合在一起,在这里双量子点充当了量子转换器并和量子点接触耦合起来。通过测量量子点接触的电流关联谱,取决于纳米机械振子中声子占据数的双量子点的能级移动能被确定下来。纳米机械振子的量子行为因而也能被观察到。特别地,纳米机械振子是否冷却到了量子区域也能够得到检验。此外,量子点和纳米机械振子之间的耦合强度对这些能级移动的影响也被研究了。我们还研究了电荷探测器对双量子点的反作用对于量子点接触的电流关联谱的影响。
第五章,我们研究了电荷探测器的测量反作用对被测的有电偏压的量子点的全计数统计的影响。我们首先以单量子点为例子,研究了不同能级状态下电子通过单量子点的全计数统计行为以及考虑到测量仪器对于该体系的反作用的影响,并且和实验结果进行了比对以及做了新的预测。我们还特别研究了该测量反作用对耦合双量子点的全计数统计的影响。我们发现,在某些条件下,这种不可避免的测量反作用能够根本性地改变双量子点的全计数统计的行为,比如,驱动噪声在超泊松区域和亚泊松区域之间变化,并且这种影响可以被用来提高实际中的测量精度,以及能够在未来的电子学中被潜在地操控以便更好地理解和控制量子输运。当测量转置移除(即,电荷探测器和双量子点之间去耦合),我们得到了前人的电流以及散粒噪声的结果。
第六章是总结和展望。
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