超微结构中的Landauer-Buttiker输运理论

随着超微结构或者所谓的介观结构的尺度不断缩小而逼近各种描述固体属性的特征长度(相位相干长度、弹性散射长度或者布洛赫波长)时电子波函数的量子属性在介观结构的输运现象中表现得越来越明显。近年来发展日趋完善的Landauer-Buttiker输运理论由于明确考虑了波函数相位对输运的影响,在介释介观结构中各种量子相干输运现象时获得了很大的成功。本文力图较系统地介绍Landauer-Buttiker输运理论的要点,讨论介观结构中电导的对称性、电势分布的涨落和电势电极引起的相干性等重要问题。有关计算介观结构各电极间的散射矩阵S或者透射系数的微观理论不属本文讨论范围之内。     

双stub介观环结构中的电子输运特征

采用量子波导理论研究了双stub介观环结构中电子输运特性。结果表明电子透射系数随stub的长度和环的大小而周期地振动,对环的周长和stub的长度做适当的调整,能使电子输运达到100%。并且比较了单stub介观环结构和双stub介观环结构对电子输运的影响,发现双stub的介观环结构对电子输运调制要比单stub介观环结构好。理论研究不仅对基础物理而且对量子器件研究均有重要意义。     

任意正多边形量子环自旋输运的普遍解

在有关偶数正多边形量子环对称连接特殊情形的自旋输运特性的研究基础上,进一步探讨了任意正多边形量子环的自旋输运性质.不仅解析地求解了相关电子散射问题,而且得到了 Landauer-Buttiker 电导的普遍公式,并讨论了它的圆环极限和 Aharonov-Casher 相位问题.结合数值计算,研究了正多边形量子环的Landauer-Buttiker 电导随多边形边数、引线连接方式、自旋轨道耦合强度以及电子波矢的周期变化特性和零点分布规律. 关键词： Rashba 自旋-轨道耦合 Aharonov-Casher 相位 量子网络 量子输运     

低维介观系统中磁边缘态输运特性

低维介观系统中，当存在垂直方向磁场时，磁边缘态的形成、存在和其固有的特性对系统的量子相干输运过程起着至关重要的作用。本文通过求解相关的单电子的薛定谔方程，来演示准一维量子线中磁边缘态的形成，讨论磁边缘态波函数的一般性质和规范变换及坐标旋转变换下边缘态的变换形式。简单介绍耦合平行双量子线的磁致输运特性，此时色散关系中出现能级交叉、劈裂、和振荡结构，并导致方波型振荡的磁电导谱。最后，简单介绍一维和有限宽度的介观环中持续电流和色散关系。     

任意正多边形量子环自旋输运的普遍解

在有关偶数正多边形量子环对称连接特殊情形的自旋输运特性的研究基础上,进一步探讨了任意正多边形量子环的自旋输运性质.不仅解析地求解了相关电子散射问题,而且得到了 Landauer-Buttiker 电导的普遍公式,并讨论了它的圆环极限和 Aharonov-Casher 相位问题.结合数值计算,研究了正多边形量子环的Landauer-Buttiker 电导随多边形边数、引线连接方式、自旋轨道耦合强度以及电子波矢的周期变化特性和零点分布规律.     

相干输运中的接点问题

为了研究介观体系的相干输运中接点的重要作用,采用一简单的纳米单势垒“二维-一维-二维”(2D-1D-2D)模型,应用散射矩阵方法和托马斯-费米近似,计算了体系透射率和在直流电压下电势分布. 结果表明： 1)接点对其透射率有显著的影响; 2)电势降落表现的电导性质违背了与经典串联电路中等价的基尔霍夫定律. 因此介观体系中各器件与接点间是量子相干的,考虑接点问题有利于对介观体系相干输运更为深入的研究. 关键词： 相干输运 接点 介观体系     

“介观”系统中的量子相干性和输运

本文综合介绍近几年来，在研究“介观”系统（ｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃ　ｓｙｓｔｅｍｓ）中电子的输运现象时所观察到的量子干涉效应．含有无序的散射中心的金属细线或小环，半导体二维电子气中量子点接触结构，一维量子线，以及双联通的微结构等，都属于“介观”系统，其电子的相泣相干长度Ｌφ可以与系统的结构尺度相比较，电子波的量子干涉现象变得十分显著和重要。本文着重介绍金属和半导体异质结中Ａｂａｒｏｎ－ｏｖ－Ｂｏｈｍ效应、金属细线中电导的量子相干涨落现象和电导的非定域性．     

磁场下非对称T型量子波导的电子输运行为

运用模匹配方法和求解单电子薛定谔方程,来演示非对称T型磁量子结构的电子输运性质.结果表明,结构因子和磁势垒都能改变电子散射模数,电子输运谱因此变得复杂而丰富,散射区域出现了完全局域态和磁边缘态.在特定的结构参数和磁场强度下,能观测到宽谷、尖峰、共振透射和共振反射等电子输运现象,即可以通过调节磁场大小和结构参数来实现波矢过滤. 关键词： 介观体系 电子输运 磁效应     

低维介观系统中磁边缘态输运特性

低维介观系统中,当存在垂直方向磁场时,磁边缘态的形成、存在和其固有的特性对系统的量子相干输运过程起着至关重要的作用。本文通过求解相关的单电子的薛定谔方程,来演示准一维量子线中磁边缘态的形成,讨论磁边缘态波函数的一般性质和规范变换及坐标旋转变换下边缘态的变换形式。简单介绍耦合平行双量子线的磁致输运特性,此时色散关系中出现能级交叉、劈裂、和振荡结构,并导致方波型振荡的磁电导谱。最后,简单介绍一维和有限宽度的介观环中持续电流和色散关系。     

环形碳纳米管-量子点耦合系统的介观输运

应用非平衡格林函数方法研究通过环形碳纳米管-量子点耦合系统的介观输运.相干隧穿与环形碳纳米管和量子点各自的能级结构有强烈的依赖关系,阿哈郎诺夫-玻姆效应使能级周期性变化,隧穿电流则随磁通量作周期性振荡.环形碳纳米管的具体纳米结构显示出金属-半导体相变特性,这种行为也在输出电流中体现出来.子系统量子能级的匹配与失配关系在介观输运过程中起重要作用.     

半导体微结构中的量子弹道式输运

半导体微结构的尺度可以与电子的相位相干长度相比较，在输运过程中，电子保持“相位记忆”，表现为量子弹道式输运和具有量子相干性．本文着重介绍在零磁场和磁场下，量子点接触微结构中的电子的量子弹道输运过程和电导呈现量子化现象．还介绍了由量子相干性输运导致的相干的电子聚焦现象     

大尺度介观电学输运在纳米结构石墨烯中的实现

Anderson局域化是量子波动性导致的最重要的物理现象之一。Anderson局域化理论原是对电子体系提出的,但是由于电子波动性只在很小的范围内(即相位相干长度内)有效,使得Anderson局域化的观测成为一个难点。在文章中,作者报道了在纳米结构石墨烯中首次观测到的二维Anderson强局域化现象。更重要的是作者找到了使电子相位相干长度增长至少一个量级的方法,使得电子的相位可以更容易地被操控。作者用尺寸标度方法得到三组局域化长度分别为1.1,2.0和3.4mm。局域化长度随磁场的变化和理论预测符合得非常好。大尺度介观电学输运,表现为并行于二维变程跳跃电导的另一通道。低温下(T<25 K)观测到费米能级附近存在的库仑准能隙抑制了电子与电子间的非弹性散射,从而使得相位相干长度增长到10mm。     

低维限域结构中水与物质的输运

低维限域结构中水与物质的输运研究,对于解决界面化学和流体力学中的遗留问题十分关键.近年来,研究人员采用分子动力学模拟和实验手段研究低维限域结构中水与物质的输运,并将其应用于物质输运、纳米限域化学反应、纳米材料制备等领域.本文从理论和实验的角度总结一维和二维纳米通道的水与物质输运,介绍了本研究组提出的"量子限域超流体"概念,并用于解释纳米通道中超快物质的输运现象;在此基础上概述了一维纳米通道中的分子动力学模拟和水浸润性,以及外部环境(如温度和电压)对限域结构中水浸润性的调控,同时阐述了低维限域结构中的液体输运;对二维纳米通道中的分子动力学模拟、液体浸润性以及液体输运进行了综述;讨论了纳米通道限域结构在物质输运、纳米限域化学反应和纳米材料制备等领域的应用;对低维限域结构中水与物质输运面临的挑战和前景进行了展望.     

双阱结构含时量子输运的微扰论及输运方程

利用Lewis-Riesenfeld不变量理论和与不变量有关的幺正变换方法研究了双阱结构含时量子 输运的微扰论.获得了双阱内含时薛定谔方程的精确解的完备集，在此基础上，把双阱与左 右热库的相互作用作为微挠，获得了双阱结构一阶近似下的输运方程，并在绝热近似下提供 了一种用于研究量子输运过程中几何相因子(Berry相因子)的方法. 关键词： 含时量子输运 输运方程 不变量 几何相因子     

旁耦合于介观环与铁磁电极量子点系统中的自旋极化输运

借助单杂质Anderson模型哈密顿量,及利用格林函数和运动方程等理论,研究旁耦合于介观环和铁磁电极的量子点系统中的极化输运特性.结果表明,通过调节点-环耦合强度、铁磁电极中的极化强度、磁矩相对取向及温度等,均能实现控制体系中自旋极化电流的目的,达到自旋阀效应.为此系统作为一种新的自旋电子材料提供理论依据.     

交流源作用下介观LC电路系统量子态随时间的演化

利用量子不变量理论,讨论了交流电流源作用下介观LC电路系统动力学的演化,得到描述系统量子态随时间的演化算符.分析结果表明:在考虑了介观电容器极板间电子波函数的耦合作用后,介观电路系统将由初态演化到压缩态.     

室温下弹道金属点接触电导量子化的STM研究

电子工业的发展促进着介观物理的发展，曾经被Ｓｈａｒｖｉｎ用半经典理论研究过的长度小于电子平均自由程、宽度在费米波长范围的量子点接触中的弹道传输正逐渐成为介观物理研究的一个热点．所谓点接触就是两个电极间的很小尺度的接触．当点接触的长度小于材料中的电子平均自由程时，两端电子库中的电子穿过点接触时不发生散射，输运便是弹道的．由于在点接触中电流传输态受到横向限制，从而使这些态的横向动量产生量子化，导致点接触两端电导值随点接触的宽度变化而呈阶跃上升，即量子化．虽然二维电子气中量子点接触电导量子化已经被实验…     

磁场对四端量子波导中电子输运性质的影响

采用模匹配方法，研究了非均匀磁场下开放的四端量子波导中的电子输运性质. 结果表明，从一端入射的电子可以透射到两个与之垂直的输出端和一个与之平行的输出端. 在没有外加磁场的情况下，两个垂直输出端的输运概率是相同的，但垂直端与水平端的输运概率不同；在外加磁场下，由于磁边缘态效应，两个垂直输出端的输运概率也有着相当大的差别. 通过施加不同的磁场，我们能获得丰富的电子输运结构，如台阶，宽谷，尖峰等；通过调节磁场的大小和比例以及结构参数可控制该量子结构在各输出端的输运概率. 关键词： 电子输运 介观体系 磁效应     

低维纳米材料量子热输运与自旋热电性质 ——非平衡格林函数方法的应用

低维材料不断涌现的新奇性质吸引着科学研究者的目光. 除了电子的量子输运行为之外, 人们也陆续发现和确认了热输运中显著的量子行为, 如 热导低温量子化、声子子带、尺寸效应、瓶颈效应等. 这些小尺度体系的热输运性质可以很好地用非平衡格林函数来描述. 本文首先介绍了量子热输运的特性、声子非平衡格林函数方法及其在低维纳米材料中的研究进展; 其次回顾了近年来在 一系列低维材料中发现的热-自旋输运现象. 这些自旋热学现象展现了全新的热电转换机制, 有助于设计新型的热电转换器件, 同时也给出了用热产生自旋流的新途径; 最后介绍了线性响应理论以及在此理论框架下结合声子、电子非平衡格林函数方法进行的一些有益的探索. 量子热输运的研究对热效应基础研究以及声子学器件、能量转换器件的发展有着不可替代的重要作用.     

半导体量子结构中量子力学新效应

量子力学波函数的相位、相干性与退相干,正成为当前物理学研究的一个热点,半导体材料及其低维量子结构,以其制备工艺的精良和物理研究的透彻而成为最佳研究对象,对于半导体量子结构中载流子相位和关联的实验研究,主要遵循两路线：（1）使系统特征尺度与相干长度可比,研究介观系统与小量子系统输运过程中量子相干效应;（2）发展超短脉宽激光器与超快探测技术,研究与相干时间可比的时间尺度内的动力学,文章结合笔者的研究工作,着重介绍半导体及其量子结构中超快光学过程研究,包括电声子散射的量子动力学,直流与THz交流电场驱动的半导体超晶格激子态、吸收光谱与四波混频谱,动力学Fano共振和多体相互作用中超越平均场近似的重要性。