耦合量子點(diǎn)系統(tǒng)熱電和熱自旋效應(yīng).pdf

1、熱電材料是能夠?qū)㈦娔芎蜔崮芟嗷マD(zhuǎn)換的功能性材料,人們利用熱電材料制造的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電和制冷的目的。近年來,由于低維材料結(jié)構(gòu)具有高的能量轉(zhuǎn)換效率而被廣泛研究。關(guān)于低維結(jié)構(gòu)中電子自旋極化輸運(yùn)問題的研究發(fā)現(xiàn)電子的自旋極化可以影響低維量子結(jié)構(gòu)的熱電效應(yīng),尤其是對量子點(diǎn)體系的自旋極化熱電輸運(yùn)的影響極為明顯。研究自旋極化對量子點(diǎn)系統(tǒng)熱電效應(yīng)和熱自旋效應(yīng)的影響,需要解決的問題是:有效控制產(chǎn)生自旋極化的參量;自旋極化對熱和電輸運(yùn)的影響程度;如何更恰當(dāng)

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(shù)和Dyson方程方法,研究耦合量子點(diǎn)體系熱電效應(yīng),自旋相關(guān)熱電效應(yīng)和熱自旋效應(yīng)等問題,并討論了Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)、量子點(diǎn)中磁場塞曼劈裂和非均勻磁場效應(yīng)等多種因素的作用下,平行耦合量子點(diǎn)體系的自旋相關(guān)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(diǎn)系統(tǒng)熱電勢的物理機(jī)制。研究結(jié)果表明,由于Rashba自旋軌道耦合的存在而產(chǎn)生自旋相關(guān)相位因子影

3、響電子的輸運(yùn)特性。Rashba自旋軌道耦合和磁場通量共同作用是導(dǎo)致熱電勢的符號和大小改變的主要原因,而且在選擇適當(dāng)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(diǎn)內(nèi)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(dǎo)電類型相對固定;同時,這些參量對熱電勢出現(xiàn)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(diǎn)和電極之間耦合的展寬能級時,熱電勢絕對值達(dá)到最大值。在研究中還發(fā)現(xiàn),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(chǎn)生電子的自旋分離現(xiàn)象,從而可以產(chǎn)生自旋依賴的熱電效應(yīng)現(xiàn)象,并發(fā)現(xiàn)自旋依賴熱電勢和電荷熱電勢隨量子點(diǎn)體系參量的變化規(guī)律明顯不同。
　　對鑲嵌量子點(diǎn)的 Aharonov-Bohm(AB)干涉系統(tǒng)的熱自旋效應(yīng)進(jìn)行了研究?？紤]磁場作用下量子點(diǎn)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(diǎn)體系熱電和熱自旋現(xiàn)象呈現(xiàn)出新特征。研究結(jié)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(dāng)量子點(diǎn)分子態(tài)能級高于和低于電極中電子化學(xué)勢的兩種情形下,體系的塞貝克系數(shù)符號相反,系統(tǒng)塞貝克系數(shù)受電子透射譜中Fano共振的調(diào)制。而且量子點(diǎn)和電極之間的非對稱耦合同樣可以對系統(tǒng)熱自旋輸運(yùn)特性產(chǎn)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(diǎn)體系熱電優(yōu)值的關(guān)鍵因素之一。
　　對非均勻磁場作用下的平行耦合雙量子點(diǎn)系統(tǒng)的微小溫差產(chǎn)生自旋流的特

6、性進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)之間隧穿結(jié)上施加的反向磁場能使自旋相關(guān)塞貝克系數(shù)產(chǎn)生自旋倒逆現(xiàn)象,從而可以通過改變量子點(diǎn)之間隧穿結(jié)上的磁場方向來改變自旋塞貝克系數(shù)的符號。如果將量子點(diǎn)能級調(diào)節(jié)到接近電極的費(fèi)米能級附近某一區(qū)間內(nèi),兩電極的溫差可以產(chǎn)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(shù)為零,系統(tǒng)溫差無產(chǎn)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(diǎn)能級的改變使電荷塞貝克系數(shù)隨之發(fā)生

7、振蕩變化,當(dāng)?R≠0時,電荷塞貝克系數(shù)隨著δ?的增加,幅值和頻率變化很小,而自旋塞貝克系數(shù)隨量子點(diǎn)能級的變化振蕩加劇;Rashba自旋軌道耦合強(qiáng)度對自旋塞貝克系數(shù)的影響表現(xiàn)為最大值和出現(xiàn)最大值的量子點(diǎn)能級位置發(fā)生改變;研究表明自旋相關(guān)的量子點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)度是影響體系熱電優(yōu)值的另一個關(guān)鍵因素。
　　最后,研究了磁場對平行耦合三量子點(diǎn)系統(tǒng)的熱電和自旋相關(guān)熱電效應(yīng)的影響。結(jié)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(xiàn),隨著點(diǎn)間隧穿耦合強(qiáng)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(shè)計更好的熱電轉(zhuǎn)換設(shè)備具有很重要的參考價值。通過與不同構(gòu)型三量子點(diǎn)體系的計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),耦合雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)是獲得高熱電優(yōu)值較理想的體系。
　　總之,論文考慮點(diǎn)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(diǎn)與電極之間隧穿耦合強(qiáng)度等參量的作用,深入研究了耦合量子點(diǎn)系統(tǒng)的熱電和熱自旋傳輸特性。也