热偏压下量子点中的自旋抽运

摘要

纵观微电子技术的发展，可以发现近年来电子器件处理器制作工艺越来越精细，已经接近经典电子学的物理极限，但是随着器件尺寸的缩小，器件的散热愈加困难，这严重影响着器件内部的计算速度。自旋电子学是研究与电子自旋相关现象的新兴学科，研究发现电子的自旋态可以携带信息，即量子态信息。由于量子信息保密性极佳，量子通讯被认为是未来绝对安全的通信方式。在自旋电子学领域里，半导体量子点是一种特殊的纳米材料，有着显著的量子效应，可用来产生自旋流以驱动自旋电子器件，也可用来存储电子自旋态以存储信息，并且已经在量子信息方面取得了成果。但是，实际器件的热耗散问题依然很难避免。解决电子器件的散热问题通常有两种方法，一种是将热量及时转移驱散；另一种是对热量进行再次利用。本文研究的是将器件中的额外热量加以利用，以确保器件工作状态的稳定。
　　本文利用量子主方程方法探索与引线耦合的双能级量子点中的自旋抽运过程及自旋流的产生。第一章简单介绍了本研究领域。第二章介绍量子主方程理论，以及主方程在量子点输运系统中的简单应用。第三章主要研究铁磁体-量子点-普通金属（FM-QD-NM）耦合系统中热偏压对自旋抽运的影响，其中分别讨论了磁场对量子点能级的影响，引线与能级间耦合参数以及热偏压对自旋抽运产生的自旋流的影响。研究发现，系统自旋抽运和热偏压产生的自旋塞贝克效应都会对自旋输运产生影响，适当调节抽运强度可以使自旋塞贝克效应产生的电荷流和自旋抽运产生的电荷流相互抵消，从而得到纯自旋流。因此，在实际自旋电子器件中可以用这种方法将额外热量加以利用，并产生自旋流用以驱动自旋电子器件。第四章主要研究铁磁体-量子点-铁磁体（FM-QD-FM）、普通金属-量子点-普通金属（NM-QD-NM）、铁磁体-量子点-普通金属（FM-QD-NM）和铁磁体-量子点-铁磁体（反平行）（FM-QD-FM（AP））四种引线结构的量子点系统中，引线中的自旋热累积对自旋抽运的影响。研究表明对称引线（FM-QD-FM和NM-QD-NM）系统中，引线中的自旋热累积会破坏原有抽运系统的平衡态，给系统带来额外电流，使纯自旋流不复存在；在非对称引线（FM-QD-NM和FM-QD-FM（AP））系统中，引线中的自旋热累积也会对原有抽运系统的自旋输运产生影响。但是，在对称引线系统中适当调节引线化学势可以消除自旋热累积带来的额外电荷流，从而得到纯自旋流；而在非对称引线系统中电荷流则很难被消除。因此，在实际自旋电子器件中可以用构建对称引线量子点系统的方法来产生纯自旋流，也可以用来测量材料的自旋热累积强度。在实际器件设计中，材料中自旋热累积是一种不可忽略的属性，我们的研究对量子信息学和热自旋电子学都有一定的参考意义。

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引言

1研究背景

1.1量子信息简介

1.1.1自旋电子学发展简介

1.1.2量子计算与量子信息

1.2量子点及相关物理现象

1.2.1量子点简介

1.2.2自旋极化、自旋偏压和自旋流

1.2.3自旋塞贝克效应

1.2.4自旋抽运简介

2相关理论及研究方法

2.1开放量子系统

2.1.1开放量子系统的提出

2.1.2密度矩阵

2.1.3复合体系密度矩阵

2.2量子点系统输运的主方程理论

2.2.1 Born-Markov近似

2.2.2主方程的导出

2.3量子点模型中的主方程方法简介

2.3.1量子点模型中态随时间的演化

2.3.2自旋流和电流的导出

3热偏压对量子点中自旋抽运的影响

3.1模型和方法

3.1.1模型简介

3.1.2计算方法

3.2数值模拟

3.2.1赛曼劈裂对自旋抽运的影响

3.2.2引线与能级间耦合参数对自旋抽运的影响

3.2.3热自旋效应对抽运的影响

3.2.4纯自旋流的产生

3.3小结

4自旋热累积对量子点中自旋抽运的影响

4.1模型和方法

4.1.1模型简介

4.1.2计算方法

4.2数值模拟

4.2.1自旋热累积对自旋抽运的影响

4.2.2纯自旋流的产生

4.3小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢