基于Majorana费米子的量子点体系中量子输运和自旋性质的研究

发布时间：2020-10-21 12:56

　　 利用非平衡格林函数方法研究了量子点-Majorana费米子体系的量子输运性质,得出了体系的微分电导,谱函数以及自旋电流,并对结果进行了讨论.首先,研究了Majorana费米子耦合平行量子点系统的量子输运性质.此时,上下两个量子点之间通过强自旋-轨道相互作用的半导体纳米线耦合,并且同时与左右电极相连接,形成并联结构.在合适的条件下,沉淀在s-波超导体表面的纳米线的边界将出现局域的Majorana费米子.为了方便表达,定义放置在上边的量子点为量子点1,下边的量子点为量子点2.与单量子点-Majorana费米子体系相似,在零费米能时,每个通道的电导值恒为1/2(单位2e/h),与量子点和Majorana费米子之间的耦合强度以及两个量子点的连接方式无关.固定量子点1和Majorana费米子的耦合强度,量子点2和Majorana费米子的耦合强度2λ较小时对量子点1的谱函数影响较大,而较大时对量子点2的谱函数具有较大的影响.调节量子点与电极的耦合参数,可以使体系从并联变化到串联,即左电极-量子点1-纳米线-量子点2-右电极的连接方式.由于Majorana费米子的影响,在串联结构下量子点的谱函数出现了三个共振峰.体系从串联变化到并联结构时,谱函数从三个共振峰变化到两个共振峰.当费米能不为零时,电导随量子点能级的变化显示出了不同的电导平台.两个Majorana费米子之间存在相互作用时,两个通道之间的干涉效应将导致不对称的电导线型.其次,研究了对称双极自旋池结构下Majorana费米子对量子点自旋电流和电荷电流的影响.此时,左右电极的化学式与自旋相关.由于Majorana费米子态的涡旋性,只有自旋向下的电子与Majorana费米子之间存在耦合作用,自旋向上电子的极化电流几乎不受影响.自旋电流和电荷电流除共振峰外都随量子点和Majorana费米子之间耦合强度的增加而增大.无限增大耦合强度到一个理想值时,自旋向下的极化电流变成一个与量子点能量无关的常量.同时,自旋电流和电荷电流除了共振峰之外的能量都对应一个有限的常数值.当量子点耦合正常自旋极化的费米子时,自旋电流和电荷电流都与耦合强度的大小无关.我们同时研究了自旋电流随量子点Zeeman能的依赖关系,发现随着Zeeman能的增大,其中的一个共振峰被强烈抑制.另一方面,随着两个Majorana费米子之间耦合强度的增大,Majorana费米子对体系的影响越来越弱.
【学位单位】：河北师范大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：O413.1
【部分图文】：

γ 和j,2γ 是厄米共轭的,因此它们是Majorana算符.图1.1.2给出了Kitaev链的示意图,上平面显示了每个格点上的费米子算符分裂成两个 Majorana 算符[47].图 1.1.2 一维 Kitaev 链中“未成对”的 Majorana 费米子示意图.考虑一种简单情况,当 μ = 0和t = Δ时可以很容易理解 Majorana 的物理意义,此时把方程(1.1.4)式和(1.1.5)式代入哈密顿(1.1.3)式得1,2 1,11Nchain j jjH it γ γ +== ∑ . （1.1.8）事实上,方程(1.1.8)式在本质上没有发生变化,只是对角哈密顿量的另一种写法.类似于方程(1.1.4)和(1.1.5)式

扛龈竦闵系姆衙鬃铀惴?至殉闪礁?Majorana 算符[47].图 1.1.2 一维 Kitaev 链中“未成对”的 Majorana 费米子示意图.考虑一种简单情况,当 μ = 0和t = Δ时可以很容易理解 Majorana 的物理意义,此时把方程(1.1.4)式和(1.1.5)式代入哈密顿(1.1.3)式得1,2 1,11Nchain j jjH it γ γ +== ∑ . （1.1.8）事实上,方程(1.1.8)式在本质上没有发生变化,只是对角哈密顿量的另一种写法.类似于方程(1.1.4)和(1.1.5)式,可以写出费米子的表达式.第 j 格点的费米子可以分裂为两个 Majorana 费米子

12 1 21(1 )2B = + γ γ. （1.1.16）当系统中包含两个以上的涡旋时,算符的选择需要满足特殊要求,即当交换涡旋1和涡旋 2 时其他的涡旋不受影响.如果逆时针方向调换涡旋 1 和涡旋 2,可以得到1 2γ → γ,2 1γ → γ ,通过编时算符12 1 2B = (1 γ γ) / 2描述.当然,如果我们选择的分支切割线的方向不同结果将有所不同,但是这并不重要,只要我们选定一个方向并沿着该方向进行操作.
【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 蔡保林,王良玮;冰川渗浸带雪层温度与融水渗浸的研究[J];冰川冻土;1989年01期

2 李洪兴;因素空间与模糊决策[J];北京师范大学学报(自然科学版);1994年01期

3 张锦升;王铎;霍文灿;;非平衡态结晶模型[J];金属科学与工艺;1986年02期

4 孙岩,杨树峰,张庆龙,崔卫东;断裂成岩成矿系统的耗散结构[J];大地构造与成矿学;1984年04期

5 陈代珣,翁移山;Schl?gle模型与随机介质场中气体相变研究[J];电子科技大学学报;1997年S1期

6 厚宇德;;乔治·格林及格林函数法[J];大学物理;2006年03期

7 张怀德,刘树坤;论时间的方向性[J];德州学院学报(自然科学版);2001年02期

8 张怀德;Koch曲线上的相变模型研究[J];德州学院学报(自然科学版);2002年02期

9 王盼卿;李晓辉;;一种基于知识因素表示理论的装备信息分类描述方法[J];国防科技大学学报;2011年05期

10 邱晓燕,李建,邓昭镜;各态历经与孤立系统趋向平衡的关系[J];广西师范大学学报(自然科学版);2000年S2期

相关博士学位论文 前6条

1 刘秉策;ZnO/Si异质结构晶界行为及其载流子输运机制研究[D];中国科学技术大学;2011年

2 衣学喜;特殊条件下光与原子相互作用的理论研究[D];吉林大学;1999年

3 柯圣志;关联噪声理论和激光中量子噪声关联效应的研究[D];华中科技大学;2005年

4 陈继延;利用重离子碰撞研究非对称核物质状态方程[D];兰州大学;2006年

5 刘正锋;利用重正化群方法推导剪切湍流模型[D];中国科学技术大学;2008年

6 周全;利用重正化群方法研究旋转湍流的统计性质[D];中国科学技术大学;2013年

相关硕士学位论文 前4条

1 刘军荣;周期性时间调制关联噪声驱动线性系统的随机共振[D];华中科技大学;2009年

2 陈宝春;含拓扑缺陷石墨带的电子性质[D];东北师范大学;2012年

3 王东元;(Si_nC_4)_k分子输运性质理论研究[D];哈尔滨理工大学;2013年

4 王金刚;亚铁磁棱形链系统的元激发及物性[D];辽宁大学;2014年

本文编号：2850141