量子点系统中Andreev反射和Josephson效应的理论研究

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1、NanjingUniversityDissertationforDoctorofPhysicsTheoreticalStudyoftheAndreevReflectionandJosephsonEffectinQuantumDotSystemsbyLongBaiSupervisor：ProfessorBaigengWangandProfessorQiang—HuaWangSchoolofPhysicsNationalLaboratoryofSolidStateMiCrOStrUCtUreSNanjingUniversityMay,2010摘要毕业论文题目

2、：量子点系统Andreev反射和Josephson效应的理论研究理论物理专业2007级博士生姓名：指导教师(姓名、职称)：王伯根教授白龙王强华教授自从20世纪80年代以来，纳米科技的迅速发展促进了人们对于介观系统的研究。介观系统电子输运的研究对于纳米尺度的电子器件的研制有着重要意义。本文主要利用Keldysh非平衡格林函数理论，对典型的介观系统一量子点系统的电子输运性质进行了理论研究。主要内容包括：在第一章中，我们首先回顾了纳米技术的发展历史，论述了介观系统和介观物理学基本概念与基本原理及其发展现状。不仅描述了介观物理中电子输运区和输运方式，而且论述了A

3、nderson局域化理论和电导量子化特征。在第二节中，我们介绍了量子点的物理性质和制备方法，同时也详细论述了量子点系统中典型的输运现象虽OFano共振输运、Coulomb阻塞和Kondo效应。在第三节中，我们较为具体的介绍了介观混杂系统qbAndreev反射和Josephson效应的研究历史及其研究进展。在最后一节里面，我们给出了本文使用理论研究方法。在第二章中，我们主要研究了横向排列的三量子点系统的Andreev反射(AR)过程。利用非平衡格林函数方法，我们得到了Andreev反射电导和电流公式。我们发现系统和电极之间的隧穿耦合与量子点之间耦合的竞争决

4、定了AR电导和AR电流的特征。通过改变量子点之间的耦合强度与两个边量子点的能级，Dicke．1ike效应出现在AR电导谱中。另外，由于电子一空穴对称性，Andreev反射系数存在这样一个关系：TA(E1，￡3)=TA(一E1，一E3)。在固定量子点之间的耦合强度或者量子点的能级的情况下，在I．V曲线上出现了电流平台。当改变量子点的能级或量子点之间的耦合强度时，电流平台数目不仅增加而且平台的宽度和空间距离也发生了变化，电流这种变化与电导的改变相对应。以上的研究结果说明可以通过改变系统的参数来调控Andreev反射过程。摘要在第三章里面，我们利用Keldys

5、h非平衡格林函数方法和么正变换技术，研究考虑了电声子相互作用和自旋翻转的影响时铁磁一分子量子点一超导结构中的Andreev反射问题并且推导出了Andreev反射系数和Andreev反射电流公式。研究表明当电声子耦合存在时，由于零温条件下，电子发射声子的缘故，Andreev反射概率存在边峰结构而且主共振峰的高度和宽度减小。当自旋翻转出现时，Andreev反射概率曲线出现了主峰劈裂现象，边峰的位置发生了移动。我们也研究了存在电声子相互作用和自旋翻转时的Andreev反射电流。发现较强的电声子耦合作用明显抑制了Andreev反射电流，即出现了所谓的Franck

6、-Condon阻塞现象。进一步考虑自旋翻转效应(相当于一个横向磁场)，Andreev反射电流明显增强，出现了自旋极化的Andreev反射电流而且甚至可以产生完全极化的Andreev反射电流。通过改变系统参数，电流的大小和方向都可以发生变化，这就提供了一种调控Andreev反射过程的有效方法。在第四章中，利用非平衡格林函数方法研究了三角形量子点结构中的Josephson流即量子超流。随着量子点上自旋翻转散射的出现，超流的符号由正变负，即发生了所谓丌结转变。利用电流密度图像，我们给出了超流流中0—7r转变的物理解释并且发现超流的变化对系统的参数非常敏感，诸如

7、门电压、量子点之间的耦合强度和磁通等。这个研究结果提供了怎样操纵三角形分子结构中超流的途径。这个理论研究对于量子信息科学、微电子学和测量学的发展有一定的参考价值。在本文的最后一章，我们做了一个简要的总结和展望。关键词：量子点，安德烈夫反射，约瑟夫森效应，自旋极化流，量子超流一II—AbstractTHESIS：TheoreticalStudyoftheAndreevReflectionandJosephsonEffectinQuantumDotSystemsSPECIALIZATION：TheoreticalPhysicsPOSTGRADUATE：Lon

8、gBaiMENTOR：ProfessorBaigengWangandProfes