双量子点分子结系统中的热自旋电流
基于非平衡格林函数方法,我们研究了在库仑阻塞机制下双量子点分子结这个系统中的热自旋电流。我们通过对系统施加外部磁场和温度差的方法来控制双量子点分子结装置中的自由电子的自旋度。当化学势与电子-空穴对称点对齐时，就形成了一个能产生很稳定的纯自旋流的热发生器。这是因为相对应不同的自旋通道的传输节点的化学势都有一个完美的镜面对称性的特征。此外，纯自旋流也出现在由分子态引起的共振区域的附近。特别有趣的是，在电子空穴对称点的纯自旋电流的符号与在强烈的库仑作用机制下共振区附近的纯自旋电流的符号是相反的。
关键字：量子点分子结 自旋流 隧道耦合 M000218
Based on non-equilibrium Green’s function methods, we investigate the thermal spin current through a double quantum dot (DQD) molecular junction in the Coulomb blockade regime. An external magnetic field and a temperature difference are utilized to manipulate the electron spin degree of freedom in the DQD device. When the chemical potentials are aligned with the electron-hole symmetry point, a very steady pure-spin-current thermal generator is achieved. This is because the transmission nodes of different spin channels relative to chemical potentials have a perfect mirror symmetry configuration. In addition, the pure spin current also appears near resonant regions induced by the molecular states. Particularly interesting is that the sign of the pure spin current in the electron-hole symmetry point is opposite to those appearing near resonant regions in the strong Coulomb interaction regime.
Key Words: quantum dot molecular junction; spin current; tunnel coupling
目录
第一章 引言 6
1.1量子点的概述 6
1.1.1量子点的介绍 7
1.1.2量子点的制备 7
1.1.3量子点的主要性质 8
1.1.4量子点的物理效应 9
1.1.5量子点的实际应用 11
1.2 量子点系统的提出的现实背景 12
第二章 模型与方法 13
2.1量子点系统模型的建立 13
2.3计算方法 16
第三章结果与讨论 17
3.1自旋电流与电荷电流随着磁场的变化趋势 17
3.2 量子点系统中的三个工作点的稳定性随磁场的变化 20
3.3考虑库仑力对三个工作点的影响情况的研究 22
结 束 语 23
参考文献 24
致 谢 25
第一章 引言 查看完整请+Q:351916072获取
1.1量子点的概述
1.1.1量子点的介绍
由II－VI族或III－V族元素组成的纳米颗粒的一种纳米晶，即为量子点，和一般的认识不同的是，它不是单个的个体，而是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级，而且它的形状一般为球形或类球形，是由半导体材料制成的、稳定直径在2～20 nm的纳米粒子。它们是由在纳米尺寸下一些原子分子的集合体，而且既可以是一种半导体材料，也可以是多种半导体材料组成。既然量子点是纳米级的新颖材料，所以它们也具有十分独特的纳米性质。
1.1.2量子点的制备
量子点制备有多种，但主要分为物理方法和化学方法，而且通常我们会采用化学方法。
物理方法：我们通常会结合一些超细微的加工技术如光刻，腐蚀等方法来缩小固体的维度和尺寸从而由此自下而上而制备得到量子点。而我们针对的是在利用一些先进的薄膜生长技术如原子层外延，离子注入法，化学气相沉淀，分子束外延等方法而得到的高等维数的材料。
化学方法：这里我们一般都是用软化学制备方法。一种是通过采取胶体化学的方法在有机体系中合成，另一种是合成在水溶液中。具体的也叫金属有机合成法和水相直接合成法，而其中的金属有机合成法的量子产率一般很低，而且它们的生产成本也比较高，相对的，水相直接合成法却有很大的优势。由于具有操作简便、重复性高、成本低、表面电荷和表面性质可控，容易引入功能性基团，生物相容性好等优点，在水相中合成量子点已经成为当前研究的热点，而且更加乐观的是，其优良的性能有望成为一种有发展潜力的生物荧光探针。目前，水相直接合成水溶性量子点技术主要以水溶性巯基试剂作稳定剂。
1.1.3量子点的主要性质
(l)可以通过改变量子点的尺寸大小来控制量子点的发射光谱。为了使量子点的发射光谱覆盖整个可见光区，我们一般会通过改变量子点的尺寸和它的化学组成。
(2)同时量子点具有很好的光稳定性。荧光强度比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍的量子点，其稳定性还要是“罗丹明6G”的100倍以上。因此，量子点可以用于对标记的物体进行长时间的观察，为研究细胞中生物分子之间长期相互作用，量子点的研究同时也做出很大的帮助。
(3)量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱。对不同粒径的量子点进行我们可以使用同一激发光源同步检测即可，因而可用于多色标记，极大地促进了荧光标记在其中的应用。面对传统的有机荧光染料的激发光波长范围较窄的情况，不同荧光染料通常需要多种波长的激发光来激发，这样就给实际的研究工作带来了很多不便。而此时，量子点具有窄而对称的荧光发射峰，且无拖尾，同时使用多色量子点不容易出现光谱交叠。
(4)量子点具有较大的斯托克斯位移。不同于有机染料，量子点的另一光学性质就是宽大的斯托克斯位移，它的这个性质就可以避免发射光谱与激发光谱的重叠，有利于荧光光谱信号的检测。
(5)生物相容性好。经过各种化学修饰之后，量子点就可以进行特异性连接，并其细胞毒性低，对生物体危害小，这样就可进行生物活体标记和检测。
(6)量子点的荧光寿命长。有机荧光染料的荧光寿命一般仅为几纳秒(这与很多生物样本的自发荧光衰减的时间相当）而量子点的荧光寿命可持续数十纳秒（20ns一50ns)，这使得当光激发后，大多数的自发荧光已经衰变时，而量子点荧光仍然存在，此时即可得到无背景干扰的荧光信号。
1.1.4量子点的物理效应
（1）量子尺寸效应
当量子点的尺寸逐渐减小时，量子点的光吸收谱就会出现蓝移现象，而且量子点的尺寸越小，谱蓝移现象就会越明显，这就是我们所说的量子尺寸效应。
（2）表面效应
当量子点的粒径减小时，大部分的原子就会趋势移动到量子点的表面，并且其表面积会随量子粒径的减小而增大。这就是量子点的表面效应。
（2）介电限域效应
量子点与电子的De Broglie波长、相干波长及激子Bohr半径相近，而电子被局限在纳米空间中，这样就导致电子输运受到限制，并且它们的平均自由程也会很短，最后电子的局域性和相干性增强，所以这样的情况也出现在量子点中，然而就将引起量子限域效应。
（3）量子隧道效应
由于一般的材料或者元件，它们的实际尺寸远远大于电子的自由程，我们观测到的也仅仅是群电子输运行为，这样的现象具有利于统计平均结果，并且描述的一般都是宏观物理量。然而当微电子元件再进一步微化时，实际情况就需要考虑量子的隧道效应了。当微电子器件微化到一定程度时，其大小就不能再进一步微化下去，原因是，当电子在这种纳米级尺度的空间中运动时，物理线度和电子的自由程相比拟，这样情况下，载流子的运输过程中将会有很明显的电子波动，即量子隧道效应。所以电子被局限在纳米导电局域，并且电子在其中会出现波动性，即产生量子限域效应。
（4）库仑阻塞效应
量子点中的电容和与量子点相应的电极的电容的和很小时，当有一个电子进入了量子点中，就会使量子点系统的额静电能增加，并且这个静电能还会远远大于电子的热运动能，最终导致这个足够大静电能将会阻止下一个要进入这个量子点系统，这就是库伦阻塞效应。
1.1.5量子点的实际应用
由于量子点的特殊的光学性质使其在生命科学领域占有很长远的地位。就它的光学性质，在半导体和光学器件中也有很大的科学价值。并且在本文中，我们也是通过验证它的性质和特征，能在微电子领域也有能源的开发的作用。 查看完整请+Q:351916072获取
关键字：量子点分子结 自旋流 隧道耦合 M000218
Based on non-equilibrium Green’s function methods, we investigate the thermal spin current through a double quantum dot (DQD) molecular junction in the Coulomb blockade regime. An external magnetic field and a temperature difference are utilized to manipulate the electron spin degree of freedom in the DQD device. When the chemical potentials are aligned with the electron-hole symmetry point, a very steady pure-spin-current thermal generator is achieved. This is because the transmission nodes of different spin channels relative to chemical potentials have a perfect mirror symmetry configuration. In addition, the pure spin current also appears near resonant regions induced by the molecular states. Particularly interesting is that the sign of the pure spin current in the electron-hole symmetry point is opposite to those appearing near resonant regions in the strong Coulomb interaction regime.
Key Words: quantum dot molecular junction; spin current; tunnel coupling
目录
第一章 引言 6
1.1量子点的概述 6
1.1.1量子点的介绍 7
1.1.2量子点的制备 7
1.1.3量子点的主要性质 8
1.1.4量子点的物理效应 9
1.1.5量子点的实际应用 11
1.2 量子点系统的提出的现实背景 12
第二章 模型与方法 13
2.1量子点系统模型的建立 13
2.3计算方法 16
第三章结果与讨论 17
3.1自旋电流与电荷电流随着磁场的变化趋势 17
3.2 量子点系统中的三个工作点的稳定性随磁场的变化 20
3.3考虑库仑力对三个工作点的影响情况的研究 22
结 束 语 23
参考文献 24
致 谢 25
第一章 引言 查看完整请+Q:351916072获取
1.1量子点的概述
1.1.1量子点的介绍
由II－VI族或III－V族元素组成的纳米颗粒的一种纳米晶，即为量子点，和一般的认识不同的是，它不是单个的个体，而是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级，而且它的形状一般为球形或类球形，是由半导体材料制成的、稳定直径在2～20 nm的纳米粒子。它们是由在纳米尺寸下一些原子分子的集合体，而且既可以是一种半导体材料，也可以是多种半导体材料组成。既然量子点是纳米级的新颖材料，所以它们也具有十分独特的纳米性质。
1.1.2量子点的制备
量子点制备有多种，但主要分为物理方法和化学方法，而且通常我们会采用化学方法。
物理方法：我们通常会结合一些超细微的加工技术如光刻，腐蚀等方法来缩小固体的维度和尺寸从而由此自下而上而制备得到量子点。而我们针对的是在利用一些先进的薄膜生长技术如原子层外延，离子注入法，化学气相沉淀，分子束外延等方法而得到的高等维数的材料。
化学方法：这里我们一般都是用软化学制备方法。一种是通过采取胶体化学的方法在有机体系中合成，另一种是合成在水溶液中。具体的也叫金属有机合成法和水相直接合成法，而其中的金属有机合成法的量子产率一般很低，而且它们的生产成本也比较高，相对的，水相直接合成法却有很大的优势。由于具有操作简便、重复性高、成本低、表面电荷和表面性质可控，容易引入功能性基团，生物相容性好等优点，在水相中合成量子点已经成为当前研究的热点，而且更加乐观的是，其优良的性能有望成为一种有发展潜力的生物荧光探针。目前，水相直接合成水溶性量子点技术主要以水溶性巯基试剂作稳定剂。
1.1.3量子点的主要性质
(l)可以通过改变量子点的尺寸大小来控制量子点的发射光谱。为了使量子点的发射光谱覆盖整个可见光区，我们一般会通过改变量子点的尺寸和它的化学组成。
(2)同时量子点具有很好的光稳定性。荧光强度比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍的量子点，其稳定性还要是“罗丹明6G”的100倍以上。因此，量子点可以用于对标记的物体进行长时间的观察，为研究细胞中生物分子之间长期相互作用，量子点的研究同时也做出很大的帮助。
(3)量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱。对不同粒径的量子点进行我们可以使用同一激发光源同步检测即可，因而可用于多色标记，极大地促进了荧光标记在其中的应用。面对传统的有机荧光染料的激发光波长范围较窄的情况，不同荧光染料通常需要多种波长的激发光来激发，这样就给实际的研究工作带来了很多不便。而此时，量子点具有窄而对称的荧光发射峰，且无拖尾，同时使用多色量子点不容易出现光谱交叠。
(4)量子点具有较大的斯托克斯位移。不同于有机染料，量子点的另一光学性质就是宽大的斯托克斯位移，它的这个性质就可以避免发射光谱与激发光谱的重叠，有利于荧光光谱信号的检测。
(5)生物相容性好。经过各种化学修饰之后，量子点就可以进行特异性连接，并其细胞毒性低，对生物体危害小，这样就可进行生物活体标记和检测。
(6)量子点的荧光寿命长。有机荧光染料的荧光寿命一般仅为几纳秒(这与很多生物样本的自发荧光衰减的时间相当）而量子点的荧光寿命可持续数十纳秒（20ns一50ns)，这使得当光激发后，大多数的自发荧光已经衰变时，而量子点荧光仍然存在，此时即可得到无背景干扰的荧光信号。
1.1.4量子点的物理效应
（1）量子尺寸效应
当量子点的尺寸逐渐减小时，量子点的光吸收谱就会出现蓝移现象，而且量子点的尺寸越小，谱蓝移现象就会越明显，这就是我们所说的量子尺寸效应。
（2）表面效应
当量子点的粒径减小时，大部分的原子就会趋势移动到量子点的表面，并且其表面积会随量子粒径的减小而增大。这就是量子点的表面效应。
（2）介电限域效应
量子点与电子的De Broglie波长、相干波长及激子Bohr半径相近，而电子被局限在纳米空间中，这样就导致电子输运受到限制，并且它们的平均自由程也会很短，最后电子的局域性和相干性增强，所以这样的情况也出现在量子点中，然而就将引起量子限域效应。
（3）量子隧道效应
由于一般的材料或者元件，它们的实际尺寸远远大于电子的自由程，我们观测到的也仅仅是群电子输运行为，这样的现象具有利于统计平均结果，并且描述的一般都是宏观物理量。然而当微电子元件再进一步微化时，实际情况就需要考虑量子的隧道效应了。当微电子器件微化到一定程度时，其大小就不能再进一步微化下去，原因是，当电子在这种纳米级尺度的空间中运动时，物理线度和电子的自由程相比拟，这样情况下，载流子的运输过程中将会有很明显的电子波动，即量子隧道效应。所以电子被局限在纳米导电局域，并且电子在其中会出现波动性，即产生量子限域效应。
（4）库仑阻塞效应
量子点中的电容和与量子点相应的电极的电容的和很小时，当有一个电子进入了量子点中，就会使量子点系统的额静电能增加，并且这个静电能还会远远大于电子的热运动能，最终导致这个足够大静电能将会阻止下一个要进入这个量子点系统，这就是库伦阻塞效应。
1.1.5量子点的实际应用
由于量子点的特殊的光学性质使其在生命科学领域占有很长远的地位。就它的光学性质，在半导体和光学器件中也有很大的科学价值。并且在本文中，我们也是通过验证它的性质和特征，能在微电子领域也有能源的开发的作用。 查看完整请+Q:351916072获取
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