量子点和一维量子线相耦合系统在Kondo区物理性质的研究

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由于设计和制作纳米尺寸的电子器件的需要,低维纳米体系的量子输运性质的研究成为了当前凝聚态物理领域的一个热点。对低维纳米体系的电子输运的研究有助于我们对电子强关联性质有更深的理解。本论文采用非平衡格林函数方法、运动方程方法和玻色化技术研究了低维纳米体系的电子输运现象,其目的在于揭示对低维纳米体系的新物理效应和物理机制,以及解释相关的物理实验现象,并为设计和实现具有优良性能的纳米电子器件提供理论依据和物理模型。本论文共分五章。第一章和第二章分别介绍了相关理论研究背景和理论技术方法。其余三章介绍了本论文的研究工作。首先,本论文我们提出了对量子点和Luttinger液体耦合的系统在近藤区的量子输运性质进行了详细的理论研究。数值模拟结果显示在近藤区微分电导G(V,T)Vbμ显示出随偏压的幂率变化关系,以及零偏压电导随温度变化的幂率变化关系,G(0,T)Tbμ,指数是b=2/g-2,这里g与Luttinger液体中电子相互作用参数有关,这些幂律变化关系与实验结果非常相吻。我们发现了线性电导随温度变化的峰值maxG(T)在不同温度区域的不同特点:(1)对于非常低的温度T,1maxG Tb-μ;(2)对于相对低的温度T,maxG Tbμ;(3)对于高温T>G,/2 1maxG(T)Tb-μ;这些不同的温度区域电导峰值随温度不同变化幂律关系与不同的输运机制有关,给出了从低温到高温的完整温度去的变化特性及规律。与此同时,这个幂律变化关系也解释了2003年-2005年理论上和实验上所给出的不同幂指数问题。其次,本论文研究了量子线内电子相互作用和量子点上的库伦相互作用共同对量子点与量子线相耦合体系在近藤区的量子噪声的影响。本论文首先运用非平衡格林函数、运动方程以及玻色化技术推导出了此纳米体系的噪声公式,并根据此公式进行了数值模拟,数值结果显示对于弱量子线内相互作用,噪声随偏压变化曲线中,在近藤温度Tk附近的噪声峰高随量子线内相互作用减弱而降低,而峰的位置几乎保持不变,显示出单沟道近藤效应。这有助于通过散粒噪声测定可靠地估计近藤温度。但是随着量子线内相互作用的增强,噪声峰最后消失,表明了单购近藤效益消失,并从单沟道近藤效益向到双沟道近藤效应转变。数据拟合显示量子噪声随偏压呈现幂律变化关系。我们也计算了Fano因子:散粒噪声S与电流I的比值,F=S/2e I。数值结果显示随量子线内相互作用增强Fano因子增大。这个结果揭示了可以通过调制材料参数来控制Fano因子大小。最后,在这一部分我们研究了量子线内电子相互作用和量子点与量子线间的库伦相互作用共同对量子点和Luttinger液体导线相耦合在近藤区非平衡输运性质的影响。首先,应用正则变换技术,消去了量子点与量子线间的库伦相互作用,并把这个它转移到隧穿哈密顿中,同时,重整化了量子点与量子点上的库伦相互作用;也重整化了量子线内的电子相互作用。数值拟合结果显示量子相变的出现。当重整化相互作用参数Y≈1时,出现近藤效应;当Y<1时,隧穿效应增强,单沟道相出现。卫星dips变为峰。当Y>1时,近藤峰高度降低,并转化为近藤dip,出现了双沟道近藤效应。单沟道与双沟道。对效应在Y≈1发生相变。Y>1和Y<1,分别对应量子点和Luttinger液体导线之间的隧穿效应分别抑制和增强,它们反映了两种不同类型的激子辅助隧穿效应。这些物理现象为将来的实验中研究双沟道近藤物理及相变提供了理论方法和依据。
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