多量子点结构中电子及自旋的输运性质

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半导体量子点是准零维的介观结构,其中的载流子(如:电子)受到量子束缚而具有分立的能级和较强的库仑相互作用,这使得单个量子点的电子特性类似于自然界的原子,而被称为“人造原子”。与单个量子点相比,量子点分子结构具有更多的结构参数可以调控,其所实现的丰富的物理效应可作为未来量子信息及量子计算等器件的物理基础。量子点分子结构的电子输运特性是目前关于量子点研究的热点方向。本文采用非平衡态格林函数方法,对平行双量子点环中的电子以及自旋输运性质进行了较为系统的理论研究,得到了一些有意义的结果。本论文工作开展如下两个方面的理论研究:一方面,我们研究了在平行双量子点环中由库仑相互作用诱导的电子输运性质。当体系处于线性输运区时,平行双量子点结构为电子输运提供了两条通道,一条路径为电子的隧穿提供共振通道;另一条路径为电子隧穿提供非共振通道。电子由于经过不同类型的路径而发生量子干涉,从而在电输运谱中能观察到Fano线型。通过研究发现:改变非共振通道量子点内的库仑相互作用能改变Fano参数的符号。从而,能改变Fano干涉,并且,能增加或降低Fano线型的对称性以及能使Fano线型发生发转;当两个量子点的能级均可调时,库仑相互作用使非共振通道量子点的能级发生劈裂,从而破坏Fano干涉。而当两个量子点均考虑多体效应时,Fano干涉仍可能出现。当无磁场时,由于量子点内库仑相互作用不同,使不同通道的任意两个能级相等,则相应的共振态变成空态。当体系处于非线性输运区时,当共振通道量子点的能级处于任一电极化学势附近时,在电导谱图上将会出现不同的Fano线型。同时,当量子点内的库仑相互作用和电极上的偏压取值适当时,在谱图上能观察到负微分电导和负微分电容。即,量子点内的库仑相互作用和电极上的偏压对负微分电导和负微分电容的出现起到了重要的作用。另一方面,研究了三电极的平行双量子点结构中由局域Rashba自旋-轨道耦合诱导的自旋极化的电子输运。当电子从“源”电极经量子点区到两个“漏”电极时,它能根据自身的自旋态选择终端,即自旋极化和自旋分离可在这一结构同时实现。另外,量子点内的库仑相互作用对该体系的自旋输运性质有重要影响。其中,额外电极与之耦合的量子点中的库仑相互作用对自旋输运起主要调节作用。
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