拓扑绝缘体台阶结构以及Majorana费米子的输运特性

摘要

本文研究了拓扑绝缘体的输运特性.主要计算研究了两部分内容:第一部分是拓扑绝缘体-超导体纳米台阶结构中的Andreev电导抑制;第二部分是双量子点耦合的Majorana束缚态中的热电子输运特性.
　　我们先是采用传递矩阵的方法计算了拓扑绝缘体-超导体纳米台阶结中的电导.当两部分拓扑绝缘体表面连接到一起，在两个拓扑绝缘体表面的连接处会形成一个线性结.如果三部分拓扑绝缘体表面连接到一起，就会形成一个原子量级的纳米台阶结.本论文中，我们从理论上研究了拓扑绝缘体-拓扑绝缘体-超导体纳米台阶结的Andreev反射性质.由于每个结上都有边缘态存在，因此纳米台阶结的电导会受到抑制.当电子的入射能量ε大于超导能隙△时，台阶结的Andreev电导小于1，而平面结的电导等于1.我们还发现，Andreev电导还与台阶结的高度有关.当电子的入射能ε=0时，随着台阶结高度的变化，Andreev电导会表现出振荡行为，并且振幅保持不变.但是，当电子的入射能ε=△时，Andreev电导随着高度变化的振荡幅度会逐渐减小.这些情况都与平面结的情况不同.因此，在纳米台阶结中台阶结的高度是影响Andreev反射的一个重要因素，而且与正常的金属-超导平面结中的δ势垒的高度所起的作用类似.
　　第二部分，我们计算研究了双量子点耦合的Majorana束缚态中的热电子输运特性.本论文中，我们研究了两种耦合Majorana费米子的双量子点模型:T型结构和串联结构.并且还与无Majorana费米子的T型结构和串联结构的热电子输运性质作了比较.一般情况下，当量子点能量εd低于体系化学势μ时，由于体系被激发的大多是空穴，因此热电势S对应正值;当量子点能量εd大于体系化学势μ时，由于体系被激发的大多是电子，因此热电势对应负值.而且，无量纲品质因子ZT会随着温度的升高而增大.但是，比较特殊的是，在我们所研究的结构中，存在Majorana费米子的T型结构中，热电势S并不只是这样表现，而是在量子点能量小于化学势的地方，出现了由负值到正值的转变;在能量大于化学势的地方，出现了由正值到负值的转变.而且，随着温度的升高，ZT品质因子先减小后增大.我们还发现，相比无Majorana费米子的结构，无论是T型还是串联结构，当Majorana费米子存在时，体系的ZT品质因子都会被抑制.

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 拓扑绝缘体及其研究进展

1．2 Andreev反射

1．3 Majorana费米子

1．4 本论文的研究工作

2 拓扑绝缘体-超导体纳米台阶结中的Andreev电导抑制

2．1 模型和公式推导

2．2 结果与分析

2．3 结论

3 Majorana束缚态中的热电子输运特性

3．1 模型和理论计算

3．1．1 T型结构

3．1．2 串联结构

3．2 结果与分析

3．2．1 T型结构

3．2．2 串联结构

3．3 结论

4 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果