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量子点是上世纪80年代中后期发展起来的一种新型低维量子结构,由于其内在的丰富物理内涵而广受关注。几个量子点在空间相互靠近并发生耦合可以形成耦合量子点。与单量子点相比,耦合量子点结构包含着更丰富的物理内容。耦合量子点体系的量子输运研究是当前凝聚态物理领域的一个热点课题。它的意义不仅在于揭示体系中新效应和新现象的物理机制和规律,而且为设计和实现具有优良性能的量子器件提供了物理模型和理论依据。本文采用Gurvitz等发展的主方程方法和非平衡格林函数方法,对周期耦合量子点体系的电子输运、周期耦合量子点体系的自旋极化输运以及耦合量子点中的纠缠测量进行了研究,并得到了一些有意义的结果。
首先,研究周期耦合量子点体系的电子输运性质。两量子点的耦合由含时微波场控制,讨论微波场频率对电子在孤立耦合量子点中隧穿的影响。然后,利用Gurvitz主方程方法,并结合数值计算,分析了与电极连接的周期耦合量子点体系的电流与微波场频率的关系,最后得到了电流的解析表达式。结果表明,改变微波场频率等效于调节两量子点的能级差;通过改变频率,在体系中发生了光子协助的隧穿过程。
其次,研究周期耦合量子点体系的自旋极化输运性质。通过在两量子点间的势垒区域施加静磁场,使体系中产生了自旋流。利用非平衡格林函数方法,并结合数值计算,讨论了电子间库仑作用力为零、有限值、无穷大三种情况下,电荷流、自旋流以及相应的微分电导随外偏压的变化情况。此外,还分析了微波场频率对电流、电导的影响。我们发现:电荷流随外偏压增加,而自旋流随外偏压的变化与微波频率有很大关系;库仑作用为零和无穷大时,微分电导有四个峰值,在库仑作用取有限值情况下,电导有八个峰值;并且电导峰值个数随微波频率的增大会有所减少。这些结果都可以用自旋相关的共振隧穿模型来解释:耦合双量子点等效于包含多能级的单量子点,改变外偏压,这些能级依次进入左、右电极形成的能量窗口中,体系电流仅与能量窗口中的能级有关,根据占据这些能级电子自旋取向的不同,电流和电导发生变化。
最后,研究耦合量子点中的纠缠测量问题。用量子点接触对耦合量子点中自旋相反的两个电子间的纠缠进行测量。利用Gurvitz主方程方法,并结合数值计算,讨论了耦合量子点中的电子纠缠、量子点接触的电流以及电流变化率的演化情况。结果表明:耦合量子点中的两个电子通过库仑相互作用发生纠缠,形成量子纠缠态;无论库仑作用的强弱,量子点接触的电流仅可以反映电子的最小纠缠信息;而量子点接触的电流变化率在强库仑作用下,能够反应电子纠缠的全部信息,但对于弱库仑作用,电流变化率无法反映电子的纠缠。