耦合双量子点体系的热电效应

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量子点的电子输运情况常被用于体系量子相干现象的研究。近年来由于复杂化合物、介观尺度设备和纳米结构制备技术的快速进步和发展,固态热电领域尤其在纳米体系中又重新得到了新的关注。研究的主要目的是为了在介观和纳米尺度上提高固态热电装置的转化效率。因此,研究量子点在不同参数条件下表现出的热电特性,以及各参数对量子点体系热电效应的影响是非常有必要的。本文采用非平衡态格林函数的方法,较为系统地从理论上研究了耦合双量子点的热电效应现象。考察平行双量子点和耦合双量子点这两种不同的电子输运情况,以及体系表现出的热电特性。工作重点是针对不同理论模型以及环境参数下的电子输运电导、热导、热功率和品质因子进行分析和对比,并最终得到一些有意义的结果。本论文主要展开如下两个方面的理论研究:一方面,我们通过在平行双量子点的量子点环内加入磁场来研究反共振和共振下体系的热电效应和Fano干涉现象。我们发现在局域磁通量为Φm=π的低温条件下电导和热导谱线均出现了Fano线型,并且Fano现象会大大地提高热电效率。然而在相同的低温条件下,相比于磁场为零的情况,Φm=π时的热电效应表现得更为明显。通过运用费曼路径概念分析Φm=0和Φm=π时的量子干涉得出,磁场为0时Fano干涉源于无限阶费曼路径中的量子干涉,而在Φm=π时Fano干涉只有在低阶费曼路径中才会出现。温度的增加会破坏电子在每一阶的干涉路径,因此,当磁场为0时由Fano干涉影响的热电效应很容易被增加的温度削弱。另一方面,我们考虑铁磁性电极对耦合双量子点体系热电效应的影响。首先,我们考虑左右两电极的磁矩方向在同一平面内的情况。结果发现,当温度越高时,体系的热电效应被抑制的越严重。在低温条件下,详细讨论了两电极的电子极化强度p和相对磁矩角度θ对热电效应的调制作用。我们看到,当θ在0向0.75π变化时,自旋极化强度p从0.2增加到0.8的过程中极化会抑制体系的热电效应。而当磁矩角θ=π也就是体系处于反铁磁情况时,自旋极化强度从0.2增加到0.8的过程对体系热电效应的影响并不敏感。但当自旋极化强度p=1.0也就是完全自旋极化时,热电效应表现出异常状况。此外当体系在几处典型能量区时,铁磁性电极的自旋极化使得体系的热电效应对温度的升高不再敏感。接下来,我们考虑左右两电极的磁矩方向不在同一平面内的情况。通过设两平面的夹角为φ,我们讨论了Φ的改变对该结构热电效应的影响。发现Φ的增大会使电导和热导谱线在Fano干涉区内变得陡峭,并导致热电效率增加。
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