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。     

“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．     

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。     

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。     

电子有“特异功能”吗——浅谈介观物理学

 如果有人告诉你,用两根探针测量一段导线的电压并算出其电阻,结果却同这段导线相串联的线路的其他部分有关,似乎电子有左道旁门式的“特异功能”,跑到常识以外的区域里去了,你一定不相信,因为这不符合一段导线的电阻只决定于其自身的基本物理事实.然而,近年来却实实在在地观察到这一类奇特现象,并且发展出物理学的一个新分支--介观物理学.目前,介观物理学的研究对象大多是一些处于低温下的线状和环状的小尺寸导电材料,既包括金属也包括半导体;而研究的内容主要在于输运性质方面.     

《介观物理》一书评介

介观系统的尺度一般在纳米到微米之间．今天的实验室已可制造介观样品．介观样品既类似宏观系统（例如包含数量巨大的粒子，物理量可按宏观那样定义和测量），又类似于微观系统（例如量子力学起决定作用，特别是波函数的相位起重要作用）．介观系统展示出许多奇特的与量子干涉有关的性质，引起物理学家的广泛兴趣．由于传统电子元件已日益接近工作原理的极限，以及量子干涉元件可能导致电子技术新革命，必将使已习惯于运用欧姆定律的电子工程师产生危机感．当前，即使不涉足凝聚态物理研究物理工作者，都对这一前途不可估量的新领域产生兴趣…     

正常金属-分子量子点-超导耦合系统的介观输运研究

运用非平衡格林函数理论、正则变换以及BCS平均场理论研究了正常金属-分子量子点-超导耦合系统（N-MQD-S）的介观输运,得到了系统的电流公式并选择适当的参数进行了数值计算。数值计算结果表明：电声子耦合强度 与线宽函数 对系统的输运行为有较大影响。当 增大时,由声子辅助隧穿所产生的共振峰将高于分子量子点自身能级产生的共振峰;当线宽函数 增大时,在Andreev反射共振峰的两侧将出现新的边峰。     

正常金属-分子量子点-超导耦合系统的介观输运研究

运用非平衡格林函数理论、正则变换以及BCS平均场理论研究了正常金属-分子量子点-超导耦合系统（N-MQD-S）的介观输运,得到了系统的电流公式并选择适当的参数进行了数值计算。数值计算结果表明：电声子耦合强度 与线宽函数 对系统的输运行为有较大影响。当 增大时,由声子辅助隧穿所产生的共振峰将高于分子量子点自身能级产生的共振峰;当线宽函数 增大时,在Andreev反射共振峰的两侧将出现新的边峰。     

T型量子点结构中的自旋极化输运过程

我们利用单杂质Anderson模型及运动方程等理论,通过求解格林函数的方法研究了通过T型量子点结构(耦合于铁磁电极和介观环量子点结构)的自旋极化输运过程.研究结果表明,与量子点相耦合的铁磁电极中的极化强度是控制量子点电子输运的重要参数,由此可以达到自旋阀效应.另外我们还发现与量子点相耦合的介观环中的磁通会影响电子自旋向上和自旋向下近藤共振峰的分裂程度,但若加入适当的外磁场,那么这样的分裂将被抵消。     

飞秒光物理与介观光学研究获新进展

 北京大学“飞秒光物理与介观光学”创新研究群体采用周期量级飞秒激光系统和冷靶反冲离子动量谱仪装置,首次在实验中通过改变周期量级飞秒激光的载波相位,实现对一氧化碳分子二价电离态的非对称解离通道的控制,同时也实现分子三价离子的非对称解离通道的控制。通过实验证实在一氧化碳分子电离和解离过程中,电子再碰撞激发引起的解离以及电子再碰撞引起电离是主要过程,这两个过程是相互竞争的,并可通过改变激光脉冲载波相位进行调控。该研究工作表明,通过超快光场控制电子再散射波包与分子离子的相互作用,可以在分子电子态水平上实现对分子高阶电离和解离通道过程的操控。研究工作发表在Physical Review Letters 106,073004（2011）。
研究工作得到国家自然科学基金委“创新研究群体”项目,国家重大基础研究计划（973）项目和北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室的资助。     

量子气体中的输运行为

输运测量是了解物质性质的一个重要手段.本文简单介绍最近在量子气体中实现的输运实验及其主要结论,包括在类似于介观物理器件中的Landauer输运和强相互作用费米气体中的自旋输运行为.我们着重讨论自旋动力学的特殊性以及其由于全同粒子相互作用所导致的特殊自旋扩散流的形式.     

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.     

InAs量子点引入应力对调制掺杂结构中二维电子气输运特性的影响

系统研究了在调制掺杂AlGaAs/GaAs异质结中嵌入InAs量子点后对二维电子气输运特性的影响。使用分子束外延设备生长了量子点层与二维电子气沟道距离（T_ch）不同的3个样品,霍尔测试结果表明,二维电子气的电子迁移率和载流子浓度都随T_ch的减小而降低。基于几何相位分析算法对部分样品的高分辨透射电镜图像进行了处理,得到了其应变分布图。结果表明,应变主要分布在量子点的周围,并延伸到了量子点的上方。该不均匀的应力场可能是除库伦散射外影响电子迁移率降低的另一个重要因素。     

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。     

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     

基于格林函数的多终端量子链状体系电子输运性质的研究

利用递推格林函数技术计算了多终端量子体系的电子输运特性，首先运用递归方法给出介观 或量子体系的格林函数. 然后利用散射矩阵和输运方程给出体系的电导方程，可以将多终端 的输运简化为双终端的输运方程，以便得到体系电子输运的谱结构. 计算结果表明，由于中 间节点的存在，使器件的传输谱偏离一维链的对称性，在低能量端出现一个新的电导峰值. 此外，本方法可以被应用到各种复杂的带有吸附结构量子体系输运的研究中. 关键词： 格林函数 散射矩阵 量子体系     

半导体量子器件物理讲座：第五讲 弹道输运器和量子干涉器件

当器件的尺度小型与电子的平均自由程相当时,电子的输运可以看作弹道输运。文章介绍了隧穿热电子晶体管输运放大器和电子能谱仪两种工作模式下的工作原理以及用共振隧穿热电子晶体管做成的记忆器,如果器件的尺寸进一步减小,电子的波动特性也必须考虑,文章介绍了研究这种器件中的输运特性的方法及量子干涉晶体管和量子反射晶体管的工作原理。     

超导研究大事记

 1935～1936年前苏联哈尔科夫、舒布尼可夫、乔特凯维奇、谢别列夫和里雅宾宁对第二类超导体作了重要研究,所制合金样品很接近理想第二类超导体,观察到合金存在两个临界磁场,得出较为接近理想第二类超导性的磁化曲线.30年代.物理学家对合金超导体的奇异行为提出各种解释,其中门德尔森和穆尔提出的“海绵模型”较为典型.F.伦敦在提出唯象的电动力学理论之后,提出了超导的量子解释,认为超导电性是一种“宏观尺度上的量子结构”,要求“一种平均动量的凝聚式凝固”.     

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