双量子点系统输运性质的研究【毕业作品】

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电子输运与量子点

电子输运与量子点导言：电子输运是指电流在材料或器件中的传输过程。

电子输运的研究对于理解材料的电导性质以及开发高效率的电子器件具有重要意义。

量子点是一种纳米级的半导体颗粒，具有独特的能带结构和量子尺寸效应，因此在电子输运研究领域引起了广泛的关注。

本文将介绍电子输运和量子点的基本概念、特性以及其在电子器件中的应用。

1. 电子输运的基本概念电子输运是指电荷载流子在导体或半导体材料中的运动过程。

在晶体中，载流子主要包括电子和空穴。

电子传输通常遵循欧姆定律，即电流与电压成正比。

而在半导体中，由于能带结构的存在，载流子的输运过程受到多种因素的影响，例如载流子浓度、载流子迁移率、散射等。

2. 量子点的基本特性量子点是一种纳米级的半导体颗粒，其尺寸通常在1-10纳米之间。

由于其尺寸远小于传统的宏观材料，量子点具有许多独特的物理和化学特性。

首先，量子点的能带结构发生量子限制效应，能级间距由于其尺寸的变化而发生显著改变。

其次，量子点具有高表面积和界面效应，使其在光电子、催化等领域具有广泛的应用前景。

3. 电子输运在量子点中的特性在量子点中，电荷载流子的输运行为受到量子尺寸效应的显著影响。

一方面，由于能级的量子约束效应，量子点中的载流子能级分立，导致量子点的能带结构发生变化，从而影响载流子的输运特性。

另一方面，量子点的尺寸与载流子散射过程密切相关，尺寸减小会导致散射机制的变化，进而影响电子的迁移率。

4. 量子点的电子器件应用由于量子点具有独特的能带结构和光学性质，因此在电子器件中具有广泛的应用前景。

其中最具代表性的是量子点显示技术。

利用量子点的窄带隙特性和高色纯度的荧光发射，可以实现高对比度、广色域以及低功耗的显示器件。

此外，量子点还被应用于光电探测器、太阳能电池、发光二极管等领域，以提高器件的性能。

结论：电子输运和量子点是当前材料科学和电子器件研究领域的热点。

电子输运的研究有助于揭示材料的电导性质和器件的工作机制，而量子点作为一种纳米级半导体材料，具有独特的能带结构和量子尺寸效应，对电子输运具有显著影响。

耦合量子线-量子点体系中的Fano效应

可以得到相应的“ 小于” 格林函数为Ｇ。ｔｔ＝ｄ［（，ｇ（，）乏（，）ｚｔ］于是乏（，）ｔＧ￡ｆｔ￡＋Ｇｃ￡ｔｇ（，）．ｒ）０
（＝）（）
Ｒｔ￡ｒｔ）（ｔＧ０，ｇ￡），Ｈｉ情下改为ｅｊ０，ｇ￡）乏ｔ）（，｝ａｌ况可写｛［ｔｆ＋ｃｔｚｔ在ｍ。ＬＧ。，ｄ（（］ｔｎ
第３卷第１４期２１００年１ ‘ 月
江西师范大学学报（自然科学版）
ＪＵＮＬＯＡＧＮＲＡＯＲＡＦＪＮ Ⅺ ＯＭＬＩＩＲｒＹＮＴＲＬＳＩＮＥＳｒ（ＡＵＡＣＥＣ）
Ｖｏ．４Ｎ．１３ｏ１
可以将上述哈密顿量分别应用到耦合量子线．量子点结构与耦合量子点．量子点结构中．
左结的电流为左边电子数算符对时问求导的平均（ｆ）一ｅ（）＝２∑ （＋ｆ埘ｔ，ｎ２）（）其中２（０）表示对
自求和．旋根据海森堡运动方程有（（）：二，Ｌ）｝ ∑ （口（ａ（，，［玉ｔ肼ｆ圳）从而可以得到（￡））（）＝） ∑ ｉ＋ｔ０）一（（ａ（）．［ｎ（ｃｆｉｆｋｆ］（２）（）ｃ）ｌ）
Ｊｎ．００ａ２１
文章编号：００５６（０００．０６０１０－８２２１）１４－３０
耦合量子线一子点体系中的Ｆｎ效应量ａｏ
彭权，周利玲
（江西师范大学物理与通信电子学院，江西南昌３０２）３０７
摘要：利用非平衡格林函数方法，研究了耦合量子线一量子点体系的相干电子输运性质．研究发现：对于

量子点的制备及特性分析

班级：物理1201班姓名：吴为伟学号：20121800121时间：2014年7月1日 ——量子点的制备及特性分析大学物理实验报告课题意义：量子点是一种准零维半导体纳米晶体，其三个维度的尺寸都在几到几十纳米，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向的运动都受到限制，可以产生类似于原子的分立能级。

量子点具有量子尺寸效应、量子限域效应以及表面效应等特殊效应。

量子尺寸效应是指半导体量子点的带隙相对于体材料发生蓝移，并且随着量子点尺寸的减小，蓝移量增大，在光学性质方面引起吸收和发射光谱的蓝移现象：而且，相对于体材料，量子点还具有吸收和发光效率高的优点。

量子点的这些有益光学特性使其在生物荧光标记、太阳能电池、发光二极管、激光器、探测器、量子计算机等新型光电子器件方面都具有非常重要的应用前景，成为各国科研人员研究的热点，并在多个学科中引起很大的反响。

实验目的：本课题实验要求通过有机液相法制备CdS量子点、以及对其吸收和荧光光谱的测量，了解量子点的生长过程、吸收和荧光光谱基本原理和特点，以及量子尺寸效应的基础知识。

实验器材：实验仪器：量子点制备设备一套、分析天平、离心机、吸收谱仪和荧光谱仪等。

化学试剂：硫粉（S）、氧化镉(CdO)、油酸(OA)、十八碳烯（ODE）、甲醇、正己烷、高纯氩气（Ar）等。

实验原理：有机液相法即以有机溶液为介质，以具有某些特殊性质的无机物和有机物作为反应原料，在适当的化学反应条件下合成纳米晶材料的方法。

通常这些反应物、中间产物、生成物都是对水、空气敏感，在水溶液中不能稳定存在。

最常用的方式是在无水无氧条件下的有机溶剂中进行的化学反应。

通过改变反应温度、时间、反应物浓度、配体种类、含量等参数，可以制备出具有不同尺寸的纳米晶体。

该方法制备的纳米晶体在尺寸和形貌上通常具有很好的单分散性，纳米晶质量高；而且，由于反应是在有机介质中进行，生成的纳米晶在有机溶剂中具有良好的分散性，非常有利于实际应用。

量子点光谱性质研究

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4）.分闸法(split-gate approach) ：以外加电压的方式在二维量子阱平面上产生二维局限，可控制闸极改变量子点的形状与大小，适合用于学术研究，无法大量生产。
以分闸法产生 GaAs/AlGaAs量子点之SEM影像
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4、量子点效应
阈值条件：
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4、能级与激励阈值
量子点具有单峰辐射的特点，在短波长抽运光的作用下，量子点吸收能量后被激发到能级２和３（图虚线所示
过程）。能级２的粒子通过受激辐射
和自发辐射直接跃迁回基态。
由于奇偶选择定则，能级３的粒子不能直接通过辐射跃迁回基态，而是以几率Ａ３２无辐射跃迁到能级２，再经辐射跃迁回基态。能级３到２的跃迁几率非常大，属于带内跃迁，因此，能级３的粒子将很快跃迁到能级２量子点的三能级系统可用二能级近似来描述
激光器的基本结构如图所示，其中ＱＤＦ为量子点光纤，ＦＢＧ为光纤布拉格光栅，ＬＤ为激光二极管，ＯＳＡ为光谱仪。抽运光由短波长ＬＤ产生，导入ＱＤＦ使其中的量子点处于激发态，形成粒子数反转。在ＦＢＧ构成的谐振腔中实现激射振荡，当增益足够大时，可产生激光。激光波长λＬ由ＦＢＧ的反射波长决定，其中ＦＢＧ１对λＬ全反（反射率为Ｒ１），ＦＢＧ２对λＬ部分反射（反射率为Ｒ２），两者对抽运光波长λＰ均为全透。激光从ＦＢＧ２输出到ＯＳＡ或功率计
对于核/壳结构，典型的核 / 壳结构有 CdSe/Zn、CdTe/CdS 等。核/壳结构是在量子点核的外面包覆上一层或几层包覆层，但外面的包覆层几乎不影响内核的发光
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3、量子点的制备方法
目前，量子点的制备方法主要有以下四种. 1）.化学溶胶法 (chemical colloidal method)：以化学溶胶方式合成，可制作复层量子点(multilayered)，过程简单，且可大量生产。

磁量子结构中电子自旋极化输运性质的研究

ｌ引言
效应＿］ｒｓｅ等研究了双磁量子点结构中＿。Ｂｕｈｉ１ｍ的电子自旋极化输运性质，出在双磁量子点结构指中可以达到将近１０的自旋极化度。Ｗａｇ等ｌ０ｎ＿６研究了磁量子点Ｔ形排列下的自旋过滤效应，出指可以利用Ｔ形排列的自旋过滤效应量子点制作自旋量子逻辑门。Ｍｉｏｎｓｒｙ等［研究了单分子磁场ｉ７一中的自旋极化输运性质，出在对称系统中只有在指反平行结构时，自旋反转才会发生，于这个特殊基现象，以制作由电流控制的磁开关。尽管对磁量可子结构中的电子自旋输运的研究取得了很多具有标志性的成果，但对反向平行不等强磁垒中电子的
ＧａＡｓ的自旋极化度高出一个数量级。
关键词：磁量子结构；电子输运；自旋极化
中图分类号：Ｏ３．４１１
文献标识码：Ａ
文章编号：１７一Ｏ１（０７Ｏ一 பைடு நூலகம் ５－０６３３３２０）６Ｏ９－５－
自旋极化输运的研究还不够深入ｌ１本文通过深。
近年来，各类磁调制量子结构ｌ］其中包括磁＿，ｊ。
垒、阱、台阶、量子点及反点、量子线、量磁磁磁磁磁

耦合于铁磁电极的T型双量子点自旋极化输运

在图中，我们画出了在平衡状态强弱耦合下量子点ａ的态密度。其中在弱耦合（ａ０３ｔｂ．）情况下（（），（）），两个量子点都在费米能＝图ａｂ级处形成了Ｋｎｏ振，随着ｐｏｄ共的增加，ｔ（ｅ）逐渐增加，而Ｉ变化。无论ｔ还是和ｌ逐渐减少。然而，当在强耦合ｔｂ２０（（）（））情况下时，情况发生了ａ．图Ｃ＝ｄ／都由Ｋｎｏ）ｏｄ单峰分裂成了双峰结构，而ｔ随Ｐ的变化规律出现了和弱耦合情况类似的现象。根据Ｐ的定
ｄ … ６
我们采用了隶玻色平均场近似方法并引入有效自旋极化强度ｐ＝ｒ一／
Ｈ：ｘｃ ∑￡ｋ ∑ ｃ｝＋ｆ
口口＝～ｔ．６
ｔ
一
＋—
』 ∞
（ｃ
＋日．）ｃ
可以包含单个和双个量子点的系统能为将来自旋阀实验上的进步提供更多
的可供参考的的方法。
＋
专（Ｌ日）∑ ＋￣ｓ一～ ∑ ＩＹ＋．＋（Ｅ：）ｃｏ１ｏ
摘
要：采用Ｋｌｙｈｅｄｓ￣平衡态格林函数方法和运动学方程方法，研究了耦合于铁磁极的Ｔ双量子点自旋极化输运。研究发现系统的态密度随着铁磁电极的型
自极化强度的变化而发生变化，这样的一个可以包含单个和双个量子点的系统能为将来自阀实验上的进步提供更多的可供参考的的方法。旋旋关键词：Ｔ型双量子点；自旋极化；Ｆｎｏｄ效应ａｏＫｎｏ中图分类号：Ｎ０文献标识码：Ａ文章编号：６１７９２１）０１１４１Ａ４７－５７（００９０９ —０

微波场作用下碳纳米管量子点耦合器件的介观效应

纳米管… 作为制备纳米电子器件的理想材料，揭开了纳米
电子学新的一页，起了各个不同科研领域的广泛兴趣．引
量子点也是近年来纳米电子学研究的热门课题，有望成为模拟和数字电路方面应用的主要纳米电子器件，在认并
识相干输运性质与电子间强关联行为方面取得了很大的
张亚民：波场作用下碳纳米管量子点耦合器件的介观效应微
极与左量子点之间耦合哈密顿量为
＝（＾ｄ＋Ｒｎ１ｄ）ｎ（）３
１１４
其中
Ａｐｚ（ｔｏ）＝２）一（∞ 一Ｂ２（ｔｒ
生长实现，导线分别搭接在２个量子点（Ｄ）（２根Ｑ上如
图２所示）．
其中：＝１２ｉ，，
＝ｄ和ｄ分别是第ｉ，个量子点中
电子的产生算符和消灭算符；ｄ代表第ｉ个量子点中局域ｌｉＺ
电子的占有数；是第ｉＥ个量子点中的能级；Ｕ为第ｉ个量子点中库仑相互作用的强度的大小．双量子点耦合相互作
第３１卷
第１期
四川兵工学报
２１００年１月
【基础研究】
占微波场作用下碳纳米管量子耦合器件的介观效应带
，ｌ、
张亚民
（京化工大学北方学院，京北北０５０）６２１
摘要：利用非平衡格林函数理论对微波场辐照下的碳纳米管双量子点耦合系统的相干输运性质进行研究，发现单壁碳纳米管比金属电极提供更丰富的遂穿通道．微波场作用下的光子辅助隧穿（Ａ）以实现利用外场控制ＰＴ可

三端耦合多量子点体系的电输运

全共振峰。
关键词：子点线；平衡格林函数；量非电输运；射概率透
中图分类号：４９０６文献标志码：Ａ文章编号：６１６９２１）１０４ —３１７— ７（０１０－０００４
Ｔｒｎｐｒｈｒｕｈｔｅ。ｅｍｉａｏｐｌｄｍｕｔ－ｕｎｔｍ。ｏｙｔｍａｓｏｔｔｏｇｈｒｅ＿ｒｎｌｃｕｅｔｌｉｑａｕ＿ｔｓｓｅ。ｄ
＋∑ （ｉ？汁＋ｔｌｉａｄ，ｉ＋
Ｉ１一
ｈｆ）．＋∑ （，ｄｄ１．）．ｔ＋＋汁＋厶＋ｉｌｉ
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此外， ∑ ＜＝ｇ（）＝ＬＲＭ）（）２（＝、、ａ＝
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Ｇｉ，１一，２Ｇ；＋，ｔ，ｒｌ１１１，，，１２『，，Ｇｌ
Ｇ≯ １＝ｇ。ｉ（）（１。＋ｇｔ，１Ｇｉ）１ｔ．，卜）ｌ，，卜１Ｇｒ，，＇汁）斗１，，／（，，ｉ一２， … ，７一１３，（ｚ），
ｏｈｕｅｆｑａｔｍｏｅｈｕｆｔｅｎｍｂｒｏｕｎｕｄｔｗｈｎｔｅｎｍｂｒｏｕｎｕｄｔｉｈｉｅｃｕｌｄｑａｔｍ－ｏｒｓｅｆｑａｔｍｏｎｔｅｓｄ－ｏｐｅｕｎｕｄｔｗｉｅｉｏｄｎｍｂｒｅｏｄｎｅｏａｔｐａｌｙｉｓａｈｉｇｅｄｔｅｅｇｅｅｎｅｔａｈｕｅｆｄｕｅ；ｓｃｎ，ｏｅｒｓｎｎｅｋａｗａｓｌｔｔｅｓｎｌ－ｏｎｒｙｌｖｌｃｈｔｔｅｎｍｂｒｏｅｏｑａｔｍｏｎｔｅｓｄ — ｏｐｅｕｎｕｄｔｒｓｅｅｕｂｒｕｎｕｄｔｉｈｉｅｃｕｌｄｑａｔｍ— ｏｅｉｖｎｎｍｅ．ｗｉ

量子点的电子输运特性研究

量子点的电子输运特性研究量子点是一种特殊的纳米结构，具有优异的性质和潜在应用。

近年来，研究者们对量子点的电子输运特性进行了深入研究，以期进一步了解其行为规律，并开发出更加高效的电子器件。

本文旨在介绍量子点的电子输运特性的研究进展，并探讨其在科学与技术领域的应用前景。

一、量子点的基本概念与结构量子点是一种三维空间的纳米结构，尺寸在纳米量级。

它由晶体原子或分子组成，具有明确定义的边界和禁闭能级。

量子点可以是半导体、金属或者绝缘体材料。

当其尺寸小于或等于某种关键尺寸时，会形成量子限制效应，使得量子点的电子性质发生显著的变化。

二、量子点的电子输运特性研究表明，在量子点中，由于边界效应的存在，电子的能级结构发生了变化。

量子点的大小和形状可以调控量子点的能带结构和电子输运特性。

尤其是由于量子限制效应的影响，量子点的能带结构呈现出离散的态密度，形成具有单一能级的能带。

这种能带结构对电子在量子点中的输运过程有着重要的影响。

三、电子输运机制量子点中电子的输运过程涉及多种机制。

其中，载流子的离子化、散射、扩散与注入是量子点中常见的电子输运机制。

此外，量子点的尺寸和形状也会影响电子的输运行为。

通过对这些机制的研究，可以揭示量子点的电子输运特性，进一步优化和设计相关器件。

四、量子点的应用前景量子点具有优异的光电性质和可调控性，广泛应用于多个领域。

例如，在光电器件方面，量子点被用于制备高效率的太阳能电池、显示器和激光器等。

在生物医学领域，量子点被应用于生物荧光成像和药物传输系统。

此外，量子点还可用于催化剂、传感器、存储器等方面。

五、研究展望与挑战尽管量子点在理论和实验研究中取得了一些重要的突破，但仍面临着一些挑战。

首先，量子点的合成方法和表征技术仍需要进一步改进和发展，以满足不同应用领域的需求。

其次，对于量子点中的电子输运机制和行为的深入理解仍然不足。

因此，需要进一步的实验和理论研究，以揭示量子点的内在规律和物理性质。

总结起来，量子点的电子输运特性研究是一个重要的研究领域，涉及量子点的基本概念与结构、电子输运特性、电子输运机制、应用前景以及研究展望与挑战等方面。

马约拉纳费米子-量子点杂化系统输运性质的研究

马约拉纳费米子-量子点杂化系统输运性质的研究毛祥;吴绍全【摘要】从理论上研究马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质.基于广义主方程方法,计算通过此系统的电流、微分电导和Fano因子.计算结果表明:马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合导致系统的零偏置反常,而2个马约拉纳费米子的耦合压制系统的零偏置反常.%We theoretically investigate the effect of the Majorana fermion on the transport properties through quantum dot hybrid system.With the framework of the generalized master equation method,we analyze the current through system,differential conductance and Fano factor as a function of bias.Our results reveal that the coupling of the Majorana fermion and electrons on the quantum dot can lead to a zero-bias anomaly,while the coupling of the two Majorana fermion inhibits the zero-bias anomaly,and relevant underlying physics problems is discussed.【期刊名称】《四川师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)004【总页数】8页(P503-510)【关键词】马约拉纳费米子;零偏置反常;主方程方法;微分电导;Fano因子【作者】毛祥;吴绍全【作者单位】四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都610101;四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都610101【正文语种】中文【中图分类】O482.5在最近几年，针对拓扑超导体的研究已经成为凝聚态物理中非常热门的课题[1-4],其主要原因之一是理论研究表明拓扑超导体中的含有马约拉纳费米子.马约拉纳费米子满足非阿贝尔交换统计[5-9],其主要特征就是它的反粒子是它自己本身,即如果γ为马约拉纳费米子的消灭算子,则有γ=γ+,这使得该粒子不受退相干的影响,这在拓扑量子计算机中有重要的潜在应用价值[10-11].此外,在分数量子霍尔系统、P-波超导体半量子涡旋、掺杂拓扑绝缘体中超导涡旋的两端等都存在马约拉纳费米子.目前,大量的理论研究已经提出了如何在实验室中实现拓扑超导体[12-23],许多探测马约拉纳费米子的仪器已在实验室中制造出来了,并已初步探测到了马约拉纳费米子存在的信息[24-32].在这些信息中,最为引人关注的一个实验探测是把一根半导体量子线与一个超导体接触,由于近邻效应,这根半导体量子线带有超导性；再把它与一根金属线组成一个杂化系统,在这个系统中探测到了一个电导的零偏置常峰作为马约拉纳费米子存在的证据[24-26].拓扑量子计算机的主要优点是不受退相干的影响,且计算的基础是由成对的马约拉纳费米子构成.每对马约拉纳费米子在空间中都是分离的,每个马约拉纳费米子只与另一个马约拉纳费米子耦合成对,由此形成一个费米能级，能级的占据数可以编码为一个量子比特，这种非局域的拓扑量子比特不受局域的微扰的影响.然而基于同样的原因，要转移和读出拓扑态的信息同样是一个大的挑战.现在已经有人建议用马约拉纳费米子-量子点杂化系统作为解决这个问题的途径之一[33].各种不同的马约拉纳费米子-量子点杂化系统[26-33]被提出来的目的是探测马约拉纳费米子、调整非局域关联、估计寿命、消除无序的影响.因此，研究马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质是重要的.本文基于广义主方程方法研究了马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质，研究结果表明：马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合Tm消除了系统的四重简并，但维持了系统4个双重简并，而双重简并的基态随偏压的增加而负增长，由此导致系统的零偏置反常；库仑相互作用仅仅增加了系统量子态|e4〉和|o4〉的能量,因而增加了电流台阶,但库仑相互作用不会改变系统量子态的简并度,也不会压制零偏置反常现象.而2个马约拉纳费米子的耦合压制了系统的零偏置反常,并消除了基态和最高能态的双重简并，但维持了2个中间能态的简并.本文所研究的系统(系统模型如图1)可用一个与马约拉纳费米子相耦合的单量子点安德森模型描述[33-34].哈密顿量H=Hlead+HQD+Htunnel,3个分量分别为: Htunnel是导体与量子点之间的隧穿耦合，其耦合强度可以用其固有线性宽度来表示，用公式可表示成Γiσ=2π|ti|2ρiσ,，ti指的是量子点与左右两端导体的隧穿矩阵元，而ρiσ指的是对应导体中的电子态密度.在主方程近似下,与马约拉纳费米子耦合的单量子点系统共有8个量子态，分别为：|0,0〉、|↑,0〉、|↓,0〉、|0,1〉、|↑,1〉、|↓,1〉、|↑↓,0〉、|↑↓,1〉；但这8个量子态不是HQD的本征态,通过久期方程,可以得到该哈密顿量的本征值和本征能量如表1所示.表1中各式的参数为：b1=-(Ed+Em+a1)， b2=-(Ed+Em-a1)，本文主要研究量子点与电极处于弱耦合时的输运性质，选择Γiσ<kBT，对系统的输运起主要作用的是一级隧穿过程,即序贯隧穿，适合用主方程方法处理.主方程方法是基于系统约化密度算符ρ(t)，其时间演化方程由刘维尔方程[35]表示为,其中W是一个矩阵,与隧穿进程相关.约化密度算子在系统量子态中的矩阵元ρx1x2=〈x1|ρ|x2〉,其中x1和x2是双量子点系统的本征态.当x1=x2=x时,密度矩阵的对角元ρx1x2代表了双量子点系统处于x态的概率,所表征的意思是在量子点系统中可以探测到量子态x出现的几率的大小.当x1=x2=x时有,在方程3(a)和3(b)中,p=+、-描述了在电子跃迁时电子的流向,+表示电子流向为流入量子点,-表示电子流向为流出量子点.当量子态通过正交化处理后,矩阵W只包含对角元,在定态的情况下,系统各个占有态出现的几率是稳定的,满足一般主方程ρ.通过使用归一化条件,求解8个方程组成的线性齐次方程组,可得到约化密度矩阵的各个矩阵元.将约化密度矩阵元素代入(6)式便可得到通过系统的电流].可以认为是随机独立出现的,所以电子形成的电流并不是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化，散粒噪声就是反映电流这种起伏变化大小的量，因此散粒噪声可以为提供电流所不能提供的有关电子输运的额外信息.计算散粒噪声[36]的标准公式为在主方程近似下，零频散粒噪声[32-33]的计算公式可表示为在定态下，算子满足的方程为而算子的迹满足归零条件，即计算中一些具体参数取值：T=0.01,ΓL=ΓR=Γ0=0.005,Ed=0.3,和I0=2πeΓ0/h,所有参数都以Γ0作为能量单位.首先讨论Em=0,U=0的情况,图2展示了通过量子点的电流、微分电导和Fano因子随偏压变化的情况，而图3展示了量子态能量随Tm变化的情况.当Tm=0的时候，从图2中可以发现，在U<2Ed时，由于偏压没有达到阈值电压，量子点是空的和电流被阻塞.随着偏压的增加接近阈值电压时，系统的量子态开始由态|e1〉和|o1〉向态|e2〉、|e3〉、|e4〉、|o2〉、|o3〉和|o4〉跃迁，使得通过系统的序贯电流开始单调地增加，并最终到达一个平台,并在U=2Ed=0.6 V 处,其微分电导的变化曲线上出现的一个波峰.在U<2Ed时，Fano因子大于1，这种超泊松噪声的现象是由于偏压小于阈值电压，电子的隧穿受到压制所致;当U<kBT时，热涨落导致Fano因子开始趋于发散;而在U>2Ed时，Fano因子小于1(泊松噪声)但大于0.5(双势垒噪声).从图3的能级图可以看到，此时量子态|e1〉与|o1〉和量子态|o3〉与|o4〉为二重简并,而|e2〉、|e3〉、|o2〉和|o3〉为四重简并.当Tm≠0时,情况起了变化,原来四重简并的量子态|e2〉、|e3〉、|o2〉和|o3〉分裂成了|e2〉与|o2〉和|e3〉与|o3〉的二重简并,Ee2和Eo2与Ee4和Eo4一样，其值随Tm的增加而增加;但Ee3和Eo3随Tm的增加而减少，这导致电流线型呈现出多台阶.尤其值得注意的是，Ee1和Eo1随Tm的增加而负增长，这导致在偏压为零时电子隧穿就开始出现了，这就是著名的零偏置反常现象.微分电导在电流线型中每个台阶处都出现了一个波峰，而Fano因子在U<2Ed时等于1，为泊松噪声，并在U=0.6 V处出现了一个峰值大于1的波峰，这是由于在偏压达到阈值电压时打开了一个新的电子隧穿通道,导致电流有大的涨落.从图3还可以看到，随着偏压的增加，每打开一个电子隧穿通道都会导致Fano因子出现一个波峰.在Tm的增加过程中,整个系统保持偶宇称量子态与奇宇称量子态一对一的双重简并,既Tm的出现消除了系统的四重简并,但保持了系统的双重简并,导致零偏置反常现象的出现.图4展示了当Em=0,U=0.3 V时通过量子点的电流、微分电导和Fano因子随偏压变化的情况.可以看到,在Tm=0时,库仑相互作用增加了量子态|e4〉和|o4〉的能量,也就增加了量子点通过这2个量子态隧穿的阈值电压,导致电流线型呈现出2个台阶,分别对应2个阈值电压U=0.6和1.2 V,伴随每个电流台阶的出现都会在微分电导和Fano因子线型中留下一个波峰,标志着电子隧穿通道的打开所引起电流的涨落.与图2一样,随着Tm的出现,不仅导致零偏置反常现象,也使四重简并量子态|e2〉、|e3〉、|o2〉和|o3〉的退化为二重简并,使得电流线型最后呈现出4个台阶,伴随电流线型中每个台阶处的出现都会导致在微分电导和Fano因子线型中出现一个波峰,所以库仑相互作用仅仅增加了量子态|e4〉和|o4〉的能量,因而增加了电流台阶,但库仑相互作用不会影响系统量子态的简并度,也不会压制零偏置反常现象.在Em=0.2,U=0时,图5展示了通过量子点的电流、微分电导及Fano因子随偏压变化的情况，而图6展示了量子态能量随Tm变化的情况.从图5中可以看到:原来二重简并的量子态|e1〉与|o1〉和|o3〉与|o4〉分裂了,而原来四重简并的量子态|e2〉、|e3〉、|o2〉和|o3〉分裂为|e2〉与|e3〉和|o2〉与|o3〉的二重简并,如此系统形成了4个激发态.特别是分裂后的量子态|e1〉的能量小于零,而量子态|o1〉的能量大于零,Em导致系统量子态能级的这种分裂显著地改变了系统的输运性质.首先讨论Tm=0的情况.从图6中可以清楚地看到:电流、微分电导和Fano因子随偏压变化的情况与Em=0和U=0时的情况是一样的,这说明单独Em的出现不会影响量子点的输运性质.这很好理解,因为这时量子点与P-波超导体退藕.然而当Tm≠0的时候情况有了很大地不同.随Tm的增加,由于Em消除了系统的能级简并,形成了4个激发态,出现了4个阈值电压,控制着4个电子隧穿通道,随着偏压的增加,4个电子隧穿通道依次被打开,最后导致电流线型随偏压的变化出现了4个台阶,每个台阶的出现都会在微分电导和Fano因子的线型中留下一个波峰.特别是由于Em消除了基态能级Ee1和Eo1的简并,并且Ee1<0而Eo1>0,这导致零偏置反常消失了.此外在偏压小于阈值电压的阻塞区,Fano因子大于1,系统出现由于电子隧穿受到阻塞而导致的超泊松噪声现象,一旦打开一个电子隧穿通道,Fano因子迅速降为一,系统进入泊松噪声.这点与Em=0似的情况不一样,在那里由于Tm≠0时系统出现零偏置反常,所以一旦Tm≠0,Fano因子迅速降为一,系统进入泊松噪声.图7展示了在Em=0.2,U=0.3 V时,通过量子点的电流、微分电导及Fano因子随偏压变化的情况，此时的情况与Em=0.2,U=0时稍有不同的是在Tm=0时,由于库仑相互作用的出现,增加了双占据态的能量,导致电流线型随偏压的变化出现了2个台阶.但随着Tm的增加,其能级分裂情况与在Em=0.2,U=0时能级分裂情况是一样的,电流线型随偏压的变化最后演变出了4个台阶,而微分电导和Fano因子随偏压变化的线型在2种取值条件下也是一样的,这说明当Em和Tm都不为零时,库仑相互作用U对量子点输运性质没有影响.本文研究了马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质，研究结果表明:马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合Tm导致了系统的零偏置反常，并消除了系统的四重简并,使系统变成了4个双重简并.库仑相互作用仅仅增加了系统量子态|e4〉和|o4〉的能量,因而增加了电流台阶,但库仑相互作用不会改变系统量子态的简并度,也不会压制零偏置反常现象.而2个马约拉纳费米子的耦合压制了系统的零偏置反常,并消除了基态和最高能态的双重简并，但维持了2个中间能态的简并.该系统的这些性质在量子器件开发和拓扑量子计算开发等方面有重要的意义.【相关文献】[1] EUGENIE S R. 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超导—量子点耦合系统的相干输运

维普资讯
第１９卷第４期
２０年７月０２
ＣＮＳＯＵＡＬＯＦＣＭＰＴＩＮＡＬＰＨＩＥＥＪＲＮＯＵＡＴＯＨＹＳＣＩＳ
计
算
物
理
Ｖ１１．ｏ４ｏ．Ｎ９
Ｊｌ，２０ｕ０２
的尺度已能达到介观尺度，子干涉现象在这样的量
如果将电子器件在三维的线度缩小到纳米尺寸，并将其与超导体连接起来便构成了与超导体耦合的量
子点异质系统，：导一量子点一超导，导一量如超超子点一正常金属．这些杂化系统中可以观察到在Ａｄｅｖ射的相位相干指纹、振隧穿、仑阻塞、ｎｒｅ反共库
处于超导体的能隙以下也会有隧穿电流．随着人们对量子器件的深入研究，多重要的许结论表明，载流子的输运特性与系统的尺寸有密切联系，粒子的相干输运是物体量子本性的必然表现．
介观区域的物理与宏观区域的物理有很大区别．传
统电子器件建立在大块半导体材料基础上，于空由间的对称性及大量杂质粒子的存在，流子的输运载非常简单，用通常的统计理论及半经典理论处理，可
其功能特性曲线十分清楚，件性能的提高已到极器限、着电子技术的高度发展，大规模集成电路中随超单位面积上电子元件数量不断增加，个电子元件单

低维材料中的拓扑态与量子输运性质的研究

低维材料中的拓扑态与量子输运性质的研究随着科学技术的飞速发展，人们对材料的研究也取得了重大突破。

低维材料，尤其是二维和一维材料，由于其独特的结构和性质引起了科学界的广泛关注。

在低维材料中，拓扑态与量子输运性质的研究成为了热点领域。

一、低维材料的概念与特性低维材料是指在某一维度上具有纳米尺度的材料，常见的有二维石墨烯、二维过渡金属二硫化物和一维纳米线等。

相比三维材料，低维材料具有以下特性：1. 巨大的比表面积：由于其维度降低，低维材料具有巨大的比表面积，有利于吸附和催化反应的进行。

2. 独特的电子结构：低维材料的电子结构受限于其维度约束，电子在材料中的运动方式会发生变化，从而导致一些特殊的物理性质。

3. 高度可调控性：由于低维材料的尺度较小，其结构和性质可以通过外界条件的调控来实现，如压力、温度、化学修饰等。

二、拓扑态在低维材料中的表现拓扑态是指在材料中存在特殊的电子态，其具有非常稳定的性质，并能够在存在缺陷或干扰的情况下保持其拓扑特性。

在低维材料中，拓扑态的形成与其特殊的电子结构有关。

1. 拓扑绝缘体：拓扑绝缘体是指在材料的体态中，其表面能带形成非平庸的拓扑态，可以导致表面态的出现。

这些表面态具有独特的传导性质，使得电流仅沿材料表面流动。

2. 拓扑超导体：拓扑超导体是指在低温条件下，部分低维材料在存在超导性的同时，还表现出特殊的拓扑结构。

这些材料具有无阻尼的电流传输能力，对于量子计算和量子传输具有巨大的应用潜力。

三、低维材料中的量子输运性质低维材料中的量子输运性质与其特殊的电子结构密切相关。

在低维材料中，电子的运动方式会受到维度约束的限制，导致其表现出不同于三维材料的传导性质。

1. 量子霍尔效应：低维材料中常常出现量子霍尔效应，即材料的电阻在特定的磁场下呈现量子级别的周期振荡。

这一效应广泛应用于高精度电阻计和磁传感器等领域。

2. 量子隧穿效应：由于低维材料的维度较小，量子隧穿效应的存在使得电子能够穿越能量势垒，从而实现低温超导和高频器件的制备。

一维分块量子点中电子输运性质的研究

性的分析为电子元器件的发展奠定坚实的理论基础。
关键词：量子点；电流；格林函数
０引言
随着器件向小型化微型化发展，介观尺寸器件结构的微观特性已变得十分明显，量子效应也
日渐突出。纳米级器件的量子尺寸效应、隧道效应将会成为未来电子器件的基础．因此是当电子器件进一步细微化时必须要考虑的。而这些新特
Ｎ２，）Ｈ３（ｂｂ一＿（＿，）ａ】｝Ｂ — Ｎ，）Ｎ１（ｂｂＡＮ３（ａａｓ［一 — ４（一，）＋＿Ｘ／）ａ￣）
图。图２所有的能级由单位ｔ来表示。中，
由图２可看出，在低温情况下，ＤＣ电流在偏
０
ｆ１２
～
舵∑ ｋ＋ ∑
ｋ，ａＮ
，．＋Ｒｃ ∑ ＿）ｂ
后Ｎ、一ｌ；１
ＸＧｊＮＶＧ— ＮＧ＋Ｎ０ｂ２ｂｉ，．ｂｊ二＝－ｌＩ２ｌ：
，
＠－￣Ｇ旷ＧＮｂＹ２ｌＦｌ－
ｃ
（１）
（：Ｂ，ｂ）为量子点Ａ或的一位电子能级。为便于计算，令ｔ、，。由矩阵公式定义：
击一ｖ西
其中和‰ 为库ａ￡）中ｋ素电子的产元生和湮灭算符，ｃ和ｃ为第ｉ子点的产生和湮灭ｉ量
的跃迁概率，Ｇ．《ｉ》（）为系统傅立叶分ｉｃ：
量．将格林函数满足的运动方程进行傅立叶变

介观尺度系统的量子输运研究

介观尺度系统的量子输运研究近年来，介观尺度系统的量子输运研究备受关注。

介观尺度系统是介于宏观尺度和纳米尺度之间的系统，它具有独特的物理特性，对于理解和控制量子信息、能量转换等方面具有重要意义。

本文将探讨介观尺度系统的量子输运研究的基本原理、研究方法以及应用前景。

首先，介观尺度系统的量子输运研究涉及到两个关键词：介观尺度和量子输运。

介观尺度是指系统的尺度介于宏观和纳米尺度之间，介于经典和量子行为之间。

在这一尺度下，经典物理学的规律不再适用，需要运用量子力学来描述系统的物理行为。

而量子输运则是指在这种介观尺度下，通过量子的方式传输能量、电荷、信息等。

量子输运通常伴随着高度相干的量子态，其传输性质与传统的经典输运相比具有独特的优势。

其次，介观尺度系统的量子输运研究主要包括两个方面：理论研究和实验研究。

在理论研究方面，研究者通过建立数学模型和理论模型，探讨介观尺度系统的量子输运规律。

他们利用量子力学的基本原理，考虑系统的哈密顿量、动力学方程等，研究系统在不同耦合条件下的输运性质。

在实验研究方面，研究者通过搭建实验装置，制备和调控介观尺度系统，通过电子传输、光子传输、热传输等方式来验证理论模型的有效性，并观测量子输运的现象。

然后，介观尺度系统的量子输运研究已经取得了一系列重要的研究成果。

例如，在介观尺度的超导体中，研究者发现了量子震荡和Andreev反射等现象，并通过这些现象揭示了超导材料的量子输运机制。

在量子点和量子线等纳米结构中，研究者通过精确的微纳加工和调控技术，实现了光子、电子的单个量子态输运，进一步推动了量子信息和量子计算的发展。

此外，介观尺度系统的量子输运研究还涉及到低维系统、量子纠缠等领域，这些研究成果为新型量子器件的设计和制备提供了理论和实验基础。

最后，介观尺度系统的量子输运研究具有广泛的应用前景。

首先，量子输运是实现量子信息传输和处理的基础，对于发展量子计算、量子通信等领域具有重要意义。

纳米尺度下的量子点和量子线路

纳米尺度下的量子点和量子线路随着科技的不断发展，纳米技术在各个领域中扮演着越来越重要的角色。

在纳米尺度下，物质的性质会发生根本性的改变，其中量子点和量子线路是两个备受关注的研究领域。

本文将深入探讨纳米尺度下的量子点和量子线路的原理和应用。

一、量子点的概念和特性量子点是一种纳米尺度下的半导体结构，其尺寸通常在1到100纳米之间。

量子点的特殊之处在于其能级结构呈现出量子限制效应，即在三个维度上限制了电子的运动。

这使得量子点具有许多独特的性质和应用。

首先，量子点的能带结构呈现出离散的能级，这导致了量子点在光学和电学性质上的差异。

例如，量子点的能带结构使得其能够发射和吸收特定波长的光，这为量子点的应用于光电子学和光储存提供了可能。

其次，量子点的尺寸效应使得其能够调控材料的光学性质。

通过调节量子点的尺寸和形状，可以改变其对不同波长光的吸收和发射特性。

这种尺寸效应可以用来设计和制造具有特定光学性质的材料，如量子点显示器和量子点激光器。

此外，量子点还具有优异的电学性质。

由于其尺寸小于传统材料的费米长度，量子点中的电子受到限制，从而表现出量子输运效应。

这使得量子点可以应用于高效能量转换和传感器等领域。

二、量子线路的原理和应用量子线路是一种利用量子力学原理进行信息处理的技术。

与传统的计算机使用二进制位（bit）进行信息存储和处理不同，量子计算机使用量子位（qubit）来存储和处理信息。

量子位具有超位置态的特性，可以同时处于0和1的叠加态，从而使得量子计算机具有更高的计算效率和处理能力。

量子线路的核心是量子门，它是一种用于操作和控制量子位的逻辑门。

通过对量子位施加不同的量子门操作，可以实现量子比特之间的相互作用和量子信息的传递。

这种量子门的操作方式与传统计算机的逻辑门不同，需要考虑到量子叠加态和量子纠缠等量子力学特性。

量子线路的应用领域非常广泛。

首先，量子计算机可以在特定情况下实现比传统计算机更高效的计算。

例如，量子计算机可以用于解决一些复杂的数学问题，如因子分解和优化问题。

通过耦合双量子点的自旋极化输运

强度被因子ｅ（＝ｔ＋；，一）ｏ０，１ｒ＝＝ｊ＝１调制，小参数Ａｔ与
外磁场的大小成正比。显然，因子导致自旋平行于磁场的
电子（＋）自旋反平行于磁场的电子（一１有更高一些＝１比）
图１耦合于左右两个电极的双量子点模型
∑（ｎ巩＝ｃ ∑ｓｃ
如＋ｃｃ）．
（）２
向的电子隧穿几率的不平衡。
（）３
１模型及表述
如图１所示的模型，由两个量子点组成，它通过两个隧穿
ｋ
坼＝ｃ如＋ｃ ∑ Ｈ．
ｋｔｏ
（）４
结弱耦合于源和漏两个热库。穿率。（＝Ｒ胁ａＬ），描述左右电极；二（）极ａｃｃ是电中
动量为ｋ自旋为的电子的产生（湮灭）符；ｒ算Ｈ表示双量子
首先说明图１所示的装置如何产生自旋极化电流。相对于自旋方向反平行于磁场方向的粒子而言，自旋方向平行于
就显得尤为重要。在过去的几年中，论是在理论上ｆ还是实无３，－￣
向的电子之间不平衡的隧穿几率导致了自旋极化电流的出现。当孤立的双量子点与两个电极耦合时，系统的哈密顿量可
以表示为：
Ｈ＋ ∑巩＝坼＋ｆ ∑ｓｄ如＋ ∑ｎ？＋）＝ｕａｎ
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《装备制造技术）０８）０年第２２期
通过耦合双量子点的自旋极化输运

《氮化物半导体量子点中的束缚极化子、激子及应变效应》范文

《氮化物半导体量子点中的束缚极化子、激子及应变效应》篇一一、引言氮化物半导体量子点（Nitride Semiconductor Quantum Dots, NSQDs）作为新兴的纳米材料，因其独特的物理和化学性质，在光电子器件、生物成像和光电器件等领域有着广泛的应用前景。

近年来，关于NSQDs中的束缚极化子（Bound Polaron）、激子（Exciton）以及应变效应（Strain Effect）的研究成为了科研领域的热点。

本文将详细探讨这些效应在氮化物半导体量子点中的特性及影响。

二、束缚极化子在氮化物半导体量子点中的研究束缚极化子是指在半导体材料中由于晶格畸变和电子-空穴相互作用而形成的局域化电荷载体。

在氮化物半导体量子点中，由于量子点的尺寸效应和表面态的影响，束缚极化子的形成和性质具有独特的特点。

首先，量子点的尺寸效应使得电子和空穴的波函数在空间上发生局域化，这有助于增强电子-空穴之间的相互作用，从而促进束缚极化子的形成。

其次，氮化物半导体量子点的表面态对束缚极化子的性质有着重要影响。

表面态的存在会引入额外的能级，影响电子和空穴的能级结构，从而改变束缚极化子的能级位置和寿命。

三、激子在氮化物半导体量子点中的研究激子是指在半导体材料中由光激发或电激发产生的电子-空穴对。

在氮化物半导体量子点中，激子的性质与传统的体材料有所不同，主要表现在激子的能级结构和动力学行为上。

由于量子点的尺寸效应，激子的能级结构在空间上发生局域化，这有助于增强激子的稳定性。

此外，氮化物半导体量子点的表面态也会影响激子的动力学行为。

表面态可以作为电子和空穴的陷阱，影响激子的产生、复合以及与其他载流子的相互作用。

四、应变效应在氮化物半导体量子点中的应用应变效应是指在外界应力作用下，半导体材料的晶格发生形变，从而影响材料的电子结构和物理性质。

在氮化物半导体量子点中，应变效应对材料的电子结构和光学性质有着显著的影响。

通过施加应力，可以调控氮化物半导体量子点的能带结构，从而改变其光学性质。