半導(dǎo)體量子點(diǎn)中熱電及熱自旋相關(guān)效應(yīng)的研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文論文題目論文題目：半導(dǎo)體量子點(diǎn)中熱電及熱自旋相關(guān)效應(yīng)的研究英文題目英文題目：ThermoelectricThermospinEffectsinSemiconductQuantumDots學(xué)位類學(xué)位類別：理學(xué)碩士研究生姓研究生姓名：程杰學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)：201202194學(xué)科學(xué)科(領(lǐng)域領(lǐng)域)名稱名稱：自旋電子學(xué)指導(dǎo)教指導(dǎo)教師：劉佳職稱職稱：副教授協(xié)助指導(dǎo)教協(xié)助指導(dǎo)教師：職稱職稱：2015年6月20日分類號(hào)分類號(hào)：O469O

2、469密級(jí)：公開(kāi)公開(kāi)UDC：學(xué)校代碼學(xué)校代碼：1012710127內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的持續(xù)快速發(fā)展，納米結(jié)構(gòu)中的局域熱效應(yīng)已經(jīng)被廣泛的研究。自2008年自旋賽貝克效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)后，半導(dǎo)體量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的熱自旋效應(yīng)也成為許多研究者們關(guān)注的對(duì)象。量子點(diǎn)作為未來(lái)量子計(jì)算及量子信息實(shí)現(xiàn)的候選者之一，研究其結(jié)構(gòu)中的熱輸運(yùn)、轉(zhuǎn)化，對(duì)理解自旋輸運(yùn)、節(jié)約能源、優(yōu)化電子器件設(shè)計(jì)具有實(shí)際的意義。本文從理論上研究了局域偏角磁場(chǎng)調(diào)制

3、下的量子點(diǎn)系統(tǒng)中的熱電及熱自旋效應(yīng)，期望得到增強(qiáng)的轉(zhuǎn)化效率。另外，注意到自旋相干性極易受到環(huán)境的影響。熱偏壓下量子點(diǎn)中的信息存儲(chǔ)、讀出成為本文研究的另一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。在熱電及熱自旋研究中，本文利用非平衡格林函數(shù)法改進(jìn)了描述量子點(diǎn)電子輸運(yùn)的隧穿速率方程，考察了與鐵磁體引線耦合的量子點(diǎn)系統(tǒng)。得出，偏角磁場(chǎng)在自旋角動(dòng)量方向投影上使得電子能級(jí)發(fā)生塞曼劈裂，通過(guò)局域磁場(chǎng)偏角的變化可調(diào)節(jié)熱電轉(zhuǎn)化的品質(zhì)因子。同時(shí)，局域磁場(chǎng)在垂直方向上產(chǎn)生一個(gè)自旋進(jìn)動(dòng)磁矩

4、，可使量子點(diǎn)中電子自旋態(tài)間發(fā)生相干疊加，從而影響到量子點(diǎn)與引線間電子的相互隧穿。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，平行極化時(shí)，熱自旋品質(zhì)因子對(duì)磁場(chǎng)增強(qiáng)存在著飽和性，單一調(diào)節(jié)投影磁場(chǎng)的強(qiáng)度并不能獲得較高的熱自旋品質(zhì)因子。在引線反平行極化時(shí)，利用投影磁場(chǎng)使得塞曼劈裂能突破庫(kù)倫阻塞的限制，在垂直磁場(chǎng)輔助下獲得了較高的熱自旋品質(zhì)因子。在熱偏壓下量子點(diǎn)中單電子自旋比特信息的存儲(chǔ)與讀出的研究中，本文利用開(kāi)放系統(tǒng)的約化密度矩陣法導(dǎo)出了一般意義下的量子點(diǎn)系統(tǒng)的主方程。研

5、究中發(fā)現(xiàn)，在與自旋注入反向的熱偏壓影響下，量子點(diǎn)中將不能存儲(chǔ)完全意義上的單電子自旋比特，且這種不利影響不能通過(guò)調(diào)節(jié)自旋偏壓的強(qiáng)度而使之消除。在單電子自旋比特讀取過(guò)程中，熱偏壓會(huì)導(dǎo)致自旋下態(tài)電子讀出的電流強(qiáng)度發(fā)生衰減，熱偏壓越大，衰減越明顯，這與熱偏壓的方向無(wú)關(guān)。在自旋上態(tài)電子讀取中，熱偏壓可影響自旋上態(tài)電子的隧穿，從而在引線中可產(chǎn)生非零電流。由于泡利不相容原理的限制，該電流強(qiáng)度與自旋下態(tài)讀取中的電流強(qiáng)度相比顯得十分微弱，故可以通過(guò)對(duì)比，