一维三方势垒量子隧穿特性的研究

本文通过严格求解定态薛定谔方程,研究了一维对称三方势垒的量子隧穿特性,解析地给出透射系数的精确表达式,并且数值模拟了势垒高度、势垒间距以及粒子入射能量对透射系数的影响.结果表明：当取不同的势垒宽度,或者不同的粒子入射能量时,透射系数随着势垒间距的增加而呈现出明显的周期式振荡.将一维对称双方势垒和三方势垒进行比较,透射系数随着势垒间距的增大,均呈现周期性振荡,并且振荡周期相同,但三方势垒振荡更剧烈,振幅越大,并且三方对称势垒是双峰曲线,而双方对称势垒是单峰曲线.该特性为设计新型纳米器件以及共振隧穿量子器件等提供理论指导.     

一维双方势垒量子隧穿的研究及其数值模拟

量子隧穿效应在实际技术中具有重要应用,本文首先展示了如何求解一维任意边界非对称以及对称双方势垒的透射系数,然后研究了对称双方势垒透射系数对垒宽、垒间距以及微观粒子入射能量与垒高比值(E/U 0)的变化依赖关系.最终得出以下结论,随着双方势垒垒宽的增加,透射系数从最大值1衰减至最小值0.随着垒间距的增加,透射系数呈现周期振荡,本文首次推导得出透射系数最大时对应的垒间距解析表达式,并给出振荡的周期,进一步证明得到它等于微观粒子的德布罗意波长.当垒宽越小时,随着E/U 0的增大,透射系数更容易达到1,并且保持不变,当垒间距越大时,随着E/U 0的增大,透射系数振荡周期变大,而振幅变小,粒子更容易实现共振隧穿.     

非对称方势垒量子隧穿研究及其数值模拟

为解决传统量子力学方法在研究非对称双势垒问题上计算过于繁琐的问题,利用转移矩阵的方法分别研究了电子对于非对称单势垒和非对称双势垒的量子隧穿特性,对两种情况分别得出了简洁的透射率公式.数值计算结果表明,在合适的参数下,单、双结结构都表现出良好的电导开关效应,且在入射电子能量大于势垒高度时,透射系数呈现显著的周期变化的量子...     

分子磁体中的量子隧穿及宏观量子效应

文章介绍了分子磁体中的量子隧穿和宏观量子效应理论和实验研究的新进展．分子磁体既有宏观磁体特性也呈现纯量子行为，例如磁化矢量的量子隧穿．文章作者解释了如何通过量子隧穿实现宏观量子相干(即薛定谔猫态的相干叠加)和量子态位相干涉．对隧穿率计算的瞬子方法，特别是有限温度隧穿理论及其在分子磁体量子隧穿中的应用也做了简要的阐述．     

电子双势垒量子隧穿的散射矩阵方法及其数值模拟

采用散射矩阵的方法研究了电子在由两个方势垒组成的双势垒结构中的隧穿特性.将电子在双势垒中的隧穿过程分为相干输运和非相干输运两部分来研究,相干输运导致了隧穿透射系数随中间层厚度变化产生量子振荡,而非相干输运导致了振荡振幅的衰减.双势垒总的透射系数与势垒高度、入射和出射波矢的匹配性有关,数值计算的结果证实了相关结论.     

精确到二级近似下的量子隧穿概率

利用WKB法将量子隧穿计算到二级近似,给出了二级近似下粒子隧穿势垒的概率.     

势垒隧穿含时演化的Julia数值模拟

势垒隧穿是初等量子力学中的一个重要模型,但由于求解其波函数涉及超越方程,因此在许多初等量子力学教材中往往着重对透射系数的讲解,很少提及其波函数演化,在部分教材中虽有提及,但往往采用图解法,不利于初学者对该过程的理解。本文针对这一问题,提出了一种便于初学者理解的数值计算方法。该方法根据矩阵力学的向量化思想,将薛定谔方程中的波函数与算符分别以向量和矩阵的形式进行离散化,并利用Julia编程对几种势垒情况下的波函数隧穿的含时演化进行数值模拟。     

双量子阱中光子辅助电子自旋隧穿

采用单电子有效质量近似理论, Floquet理论和传递矩阵方法, 对包含时间周期场的双量子阱中单电子的自旋隧穿特性进行了研究, 对InP/InAs半导体材料进行了数值计算. 重点研究了Rashba型和Dresselhaus型自旋轨道耦合、量子阱结构以及偏压对电子隧穿的影响. 这些结果可以为设计和调控半导体自旋电子器件提供一定的理论依据. 关键词： 光子辅助隧穿 隧穿概率 量子阱     

双势垒磁性隧道结中量子阱共振隧穿效应的第一性原理理论

磁性隧道结材料中自旋相关的量子阱态所导致的共振隧穿现象具有很重要的研究和应用价值.文章介绍了最近在Fe(001)/MgO/Fe/MgO/Fe双势垒磁性隧道结中存在的量子阱共振隧穿效应的理论研究工作.通过量子阱态的第一性原理的计算以及结合对中间Fe薄膜孤岛结构所导致Coulomb阻塞效应的分析,证实了最近Nozaki等人(Nozaki T et al. Phys. Rev. Lett., 2006,96:027208 )实验中得到的振荡效应确实来源于中间Fe层多数自旋电子在Γ点处形成的Δ1对称性的量子阱态.     

宏观共振隧穿的新进展及其在量子信息处理中的应用

从量子力学诞生以来,关于宏观物体的运动是否遵循量子力学的辩论就一直没有停止过.上世纪八十年代初期以来,一系列在约瑟夫森结和超导最子干涉器件(SQUID)中观测到的实验结果,包括相位和磁通的宏观量子隧穿,能级量子化,宏观共振隧穿,和在微波驱动下的相干动力学过程对认为宏观物体的运动在满足一定条件下同样遵循量子力学规律的观点提供了强有力的实验证据.在众多已观察到的宏观量子现象中,宏观共振隧穿结合了能级分立和隧穿这两个最具特征的量子现象.由于宏观共振隧穿的观测无需使用高频电磁波激发,这就避免了实验结果也可以用经典物理解释的可能,所以在一个系统中观测到宏观共振隧穿可以说是展示该系统的量子属性的最有力证据.本文讨论近年来从理论和实验两方面理解耗散和磁通噪声对类似SQUID的双势阱系统宏观共振隧穿率和谱线形状的影响.评述宏观共振隧穿谱的测量在探寻、理解、克服超导磁通量子比特中的退相干机制并最终实现规模化量子计算方面的应用.     

N/I/d波超导体c轴隧道结的微分电导

以方势垒描述绝缘层,对N/I/d波超导体c轴隧道结的微分电导进行了研究.结果表明:在N/I/d波超导体c轴隧道结的隧道谱中存在V型结构、能隙外的凹陷和小的零偏压电导峰.这一结果能很好的解释相关的实验现象.     

磁量子结构中二维自旋电子的隧穿输运

研究了零偏压和偏置电压作用下磁量子结构中自旋电子的隧穿输运性质. 结果表明电子自旋 输运的性质不仅取决于磁量子结构的构型、入射电子的能量和波矢, 而且取决于偏置电压. 在零偏压下, 由等同的磁垒磁阱构成的磁量子结构不具有自旋过滤的特点, 而由不等同的磁 垒磁阱构成的磁量子结构却具有较好的自旋过滤特点. 偏置电压极大地改变了磁量子结构中 电子的极化程度, 使得电子隧穿等同的磁垒磁阱构成的磁量子结构的输运性质也显著地依赖 于电子的自旋指向. 关键词： 磁量子结构 自旋电子 隧穿输运 自旋极化     

量子力学势垒穿透问题的光学类比

用量子态的线性叠加原理和波函数及其一阶导数的连续性,求解一维方势垒散射问题,得出各区域的波函数,最后求出了反射系数、透射系数以及势垒内部的概率流密度和概率分布,并得到由散射态过渡到束缚态的条件,另外,还将其自然过渡到一维对称方势阱的问题上去。     

梯形截面多量子阱脊形波导模式特性

本文根据多量子阱双折射率的性质,运用有效折射率法和WKB法对具有梯形截面多量子阱脊形波导的模式特性作了分析,导出了E_mn^x模和E_mn^y模的本征值方程.     

外磁场中单畴反铁磁颗粒的宏观量子效应

用瞬子方法研究了外加磁场对单畴双轴反铁磁颗粒宏观量子效应的影响. 当外磁场沿易磁化方向时,简并基态中的一个能量抬高,变为亚稳态,其隧穿衰变率随外磁场增大;当外磁场沿中间磁化方向时,能级的隧穿劈裂随外磁场的变化而振荡.从而提出一种观察单畴反铁磁颗粒中宏观量子相干和隧穿现象的实验方法.     

含多层InAs量子点的双肖特基势垒二极管输运特性研究

研究了含多层InAs量子点结构的双肖特基势垒的电流输运特性,观察到了量子点的电子存储效应及其对电流的调制现象、电流多稳态现象和零点电压漂移现象.因为多量子点之间存在耦合作用,造成器件中的很多亚稳态.通过器件的输运特性显示出比含单层量子点器件更复杂的结果.随着外加电压的变化,器件经历很多弛豫过程.这些弛豫过程在电流电压曲线中造成很多电流跳跃结构和各种噪声结构 关键词： 多量子点 迟滞现象 单电子过程     

一类弯曲量子线的量子束缚态

对电子在弯曲量子线中的弹道输运性质进行了理论研究.弯曲量子线由T型量子线和单曲量子线组成.该有限长的量子结构分别与两半无限长的量子通道相连,当施加一偏压时,量子通道分别可作为电子的发射极和收集极.计算结果表明,当入射电子的能量小于量子结构横向上的第一个本征模时,电导存在两个峰.进一步指出,这些峰来自于电子共振隧穿量子结构中的量子束缚态.并详尽地讨论了这些量子束缚态的性质. 关键词： 量子束缚态 共振隧穿 电导 量子线     

电子自旋隧穿反平行磁结构的尺度效应

本文采用转移矩阵法,系统地研究了磁势垒尺度d对磁量子结构中电子自旋输运的影响.结果表明:在理想δ函数型磁势垒结构中,若保持隧穿能量不变,随d的变化,透射系数呈现出明显的正弦或余弦型的周期性振荡,且振荡周期与是否考虑自旋无关.而对于真实δ函数型磁势垒结构,随d的变化,透射系数的周期性振荡的规律明显消失.另外,当电子自旋分别隧穿理想δ函数型磁势垒结构与真实δ函数型磁势垒结构时,隧穿电导随d的变化也存在较大差异.研究结果表明:尺寸的变化对器件的性能产生了较大的影响;且采用理想δ函数型磁势垒结构得出的结论可能了偏离实际应用中的真实δ函数型磁势垒结构的物理规律.