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1、烟台大学 硕士学位论文 人造介观量子环及其量子链结构电子输运特性的研究 姓名：李贵通 申请学位级别：硕士 专业：凝聚态物理 指导教师：戴振宏 2011-03-30 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 摘 要 本文运用递归格点格林函数方法对不同磁场情况下的一维均匀量子链加侧向量子 环的介观物理结构中电子输运现象做了一些理论研究， 其目的是为了揭示这种人造微结 构中电子传输的新效应及其物理机制， 并为设计和实现具有优良性能的量子器件提供物 理模型和理论依据。由各种类型的量子点组成的量子环和量子链结构，会展示很多奇异 的电子输运特性， 可以通过
2、改变磁场来调节体系中的电子运动相位从而达到人为控制电 子波函数相干的目的。由于量子结构的复杂性，使用简单的模型分析法以及解析推导会 使研究方法缺乏普适性，我们采用一种递归格林函数的方法，达到了对各种不同形状的 量子结构的电子相干输运特性进行了系统的研究的目的。 并且可以进一步研究非均匀量 子点构成的介观体系中的电子输运特性。 论文主要分为以下几个部分： 第一部分：我们首先简要的概述了介观物理中的一些微结构及其发展，介绍了一些 典型人造介观结构器件中显示的量子现象，并给出了介观物理中的一些基本概念。 第二部分：我们介绍了介观结构和器件的电子输运的研究，其传输系数有几种不同 的数值计算方法，如模匹
3、配方法、传输矩阵方法、散射矩阵方法等。 第三部分：我们详细介绍了我们研究中使用的格点格林函数方法，特别是重点介绍 了本文中所使用的递归格子格林函数方法，本方法比其他的数值计算方法较为简便，用 该方法可以较方便的研究各种人为制造的量子器件的电子输运性质， 还能有效的解决大 尺寸和复杂体系的电子输运问题。 第四部分： 我们利用递归格子格林函数方法研究了具有侧向耦合量子环的一维均匀 横向量子链的输运性质，着重研究了磁场的变化对电子输运性质的调制作用，并给出了 不同费米能和磁通量下的电子输运特性的调制图。 第五部分：我们对本论文的工作进行了总结，并对以后的工作提出了一些展望和设 想。 关键词：关键词：
4、 递推格林函数， 量子链， 量子点， 电子输运， 磁场 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract In this thesis, we study the electronic transport properties through one-dimensional uniform quantum chain coupling with side quantum-ring structure. The aim is to explore the physical mechanisms of the found and new eff
5、ects in these systems, and to supply physical models and theoretical validity in designing novel quantum devices with better properties. various kinds of quantum dots consist of quantum ring and quantum chain structure ，which will show a lot of strange electronic transport characteristics, we can ad
6、just the electronic movement phase in system by changing magnetic field to artificially control electronic wave function coherent. Due to the complexity of the quantum structure, the simple model analysis and analytical research methods are lack of universality, we adopt a recursive greens function
7、method to research different shapes of quantum structure of electronic coherent transport characteristics. And the electronic transport characteristics in the mesoscopic system composed of non-uniform quantum dots are further investigated . The thesis is divided into the following several parts: Par
8、t one: Firstly, we briefly summarize some microstructure and the development in the mesoscopic physics, introduce the quantum phenomena shown in some typical artificial mesos-construction device and give some basic concepts in the mesoscopic physics. Part two: We introduced electronic transport of t
9、he mesoscopic structure and device. The transmission coefficient includes several different kinds of numerical calculation method, such as the mode-matching method, the transfer matrix method, the scattering matrix method, etc. Part three: The lattice Greens function is illustrated, especially recur
10、sive Greens function method. Comparing with other theoretical methods, the recursive Greens function method can be applied conveniently to study the varied nano-fabrication of quantum devices and can effectively resolve big-scale systems by dividing them into several parts. Part four: The properties
11、 of electronic transport in the one-dimensional uniform quantum chain coupling with side quantum-ring are investigated by using a recursive Greens function technique, and the electronic transport properties are investigated importantly with the changes of the magnetic field ， and then we get the tra
12、nsport pictures with the different Fermi 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 III Energy and the different magnetic flux. Part five: The last chapter presents a conclusion of this thesis and some prospects for this investigation. Keywords: recursive Greens function, quantum-ring chain, electron t
13、ransport，magnetic field 烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明 学位论文使用授权说明 本人完全了解烟台大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本
14、和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 （保密论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 烟 台 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第一章 绪 论 第一章 绪 论 1.1 引言 近二十年来，纳米技术迅猛发展，越来越受到人们的关注。所谓的纳米技术是指在 0.1-100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的光电运动规律和特性的一项崭新技 术。纳米材料及其结构的制备和研究是
15、整个纳米科技的基础，人们研究和开发纳米技术 的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。由于纳米体系（Nano-structure system）中存在许多的已知的和未知的奇异特性，使得半导体纳米尺度的量子小器件有 着更为广阔的发展前景。由于电子元件的尺度每年都在减小，最终人们必须按照量子力 学原理来来制造低维量子小器件,随着现代微加工技术迅速蓬勃的发展,人们可以根据 纳米器件的性能设计并构造出各种优良特征的人造纳米结构和器件,如量子点、 量子线， 量子链和量子环等，这就大大的激发了人们对小纳米器件研究的兴趣。 在八十年代末,人们研究半导体低维结构电子输运特性时,发现在GaAs-AlxGa1-
16、xAs异 质结为基底所做成的一维量子线中观察到了电导的量子化现象,当电子的平均自由程大 于半导体器件或电子输运区的纵向尺寸，且电子的费米波长和横向尺寸有差不多的数量 级时，电子的运动行为主要受到微观的量子机制支配而非经典机制的支配,经典的欧姆 定律已不适用,这种新奇现象的出现为凝聚态物理开辟了介观物理这一崭新的科学。所 谓的介观物理体系【1-4】，是指空间尺度介于宏观和微观尺度之间的体系，其确定的 空间尺寸范围应视所研究的物性和所处的温度而定，它的物理特性也处于二者之间，这 类体系的奇异的结构尺度范围处于纳米数量级，它失去了宏观体系常存在的自平均性， 也没有完全体现微观体系的严格的量子效应，体系同时出现了粒子性与波动性。 进入到二十世纪九十年代初，由于人们对宏观物理体系与微观的物理体系的研究深 入，同时也有了许多可靠的实验研究手段，介观体系迅速发展成凝聚态物理的新的研究 热点。所谓的介观器件是指当器件的尺度小于外界温度所决定的非弹性散射平均自 由程时，器件内电子的波动性质带来了一些意想不到的效果。介观器件的研究得 益于在半
