开放双量子点体系中电子输运的动力学研究

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuzhao123456
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近三十年来,随着微观实验技术的迅速发展,人们已经可以制备出具有纳米尺度的半导体器件,并通过逐渐完善的量子动力学理论得以从微观角度分析元器件中电子转移问题。而量子相干性作为量子效应里最具代表的基本概念,由于其突破空间思维的关联性,被越来越多的视为一种重要资源,在量子信息处理、量子计算方面有广泛应用。现实中,这种脆弱的物理资源极易受到外界环境干扰产生退相干。同时在对量子系统观测研究过程中,由于人为观察者的存在,导致波函数坍塌,间接损耗了量子相干性。因此,对开放量子系统研究有利于人们理解量子力学基本问题以及量子输运和测量中的退相干现象,可以为以量子点、纳米结为基础的微观电子器件制备提供理论支持,也对提高量子通信信息传递准确性有重要意义。在研究开放量子系统的输运以及测量问题时,环境对系统有两类影响:弛豫和退相。为方便处理环境效应,理论研究中将弛豫速率和退相速率以常数形式展现,但严格来说,环境效应不可能一成不变,应采取更为准确的方式描述开放量子系统的环境模型。自基于谱扩散的随机涨落理论建立以来,在物理模型建立以及信号处理等方面都有广泛应用。考虑环境的随机涨落模型,能够比较真实反映环境作用于量子系统的退相干效应,环境效应遵循满足特定函数的噪声统计特性分布,量子系统哈密顿量由于环境与系统耦合会产生随机涨落,通过给定描述随机过程的状态函数,反映出环境噪声的一些统计特性,从而准确描述环境作用于系统的动力学演化过程。根据该理论,本论文从时间非卷积的量子主方程出发,考虑高斯白噪声类型的随机涨落环境,系统与环境耦合使系统哈密顿量产生随机涨落,并认定该涨落满足Ornstein-Uhlenbeck(OU)类型高斯白噪声统计特性。理论推导了双量子点系统与高斯白噪声环境相互作用的精确动力学演化方程。在此基础上考虑了量子点接触探测器测量效应,通过全计数统计理论和附加布洛赫(Bloch)矢量方法计算在不同情况下的探测器平均电流、法诺因子(Fano factor)以及平均等待时间,并以此来反映双量子点内部电子转移特性。理论计算结果表明,在长时间极限下,探测器测量和高斯白噪声环境都对系统动力学演化有明显影响。测量会局域量子系统的演化,而高斯白噪声使平均电流和法诺因子随偏置电压的演化有明显扩宽行为。其中法诺因子呈现出明显的超泊松分布,主要来源于量子相干和共隧穿效应。在短时间极限下,测量会加快探测器内部单电子的运动,增强量子点内电子局域性,而高斯白噪声的存在通常会抑制探测器内单电子转移,破坏平均等待时间的单峰结构。本论文的创新之处在于理论推导了受高斯白噪声环境影响的开放量子系统的精确动力学演化方程,基于量子测量理论,通过探测器外部输出结果研究高斯白噪声环境和量子点接触测量对双量子点内部电子转移的影响,并以此分析噪声参数,提取有效环境信息,为量子实验中减小外界环境相干损耗提供理论借鉴。本论文主要从五个部分对高斯白噪声环境影响下开放量子系统动力学性质展开相关研究工作,着重研究探测器测量以及噪声环境导致的涨落如何影响系统的动力学演化。本论文的内容安排如下:第一章是本文的综述,主要介绍基于双量子点系统的输运以及测量理论,简单回顾关于开放量子体系动力学演化的研究现状和最新进展。同时论述相互耦合的双量子点结构以及量子点接触探测器等基础理论模型。并给出本论文所采用随机涨落环境模型的Hamiltonian形式和简单介绍高阶隧穿过程。第二章是本文的研究理论基础,详细介绍了本文的理论框架,包括随机涨落环境模型中的时间卷积和时间非卷积两类量子主方程,以及高斯白噪声的噪声特性。阐述了量子输运过程的全计数统计理论和附加布洛赫矢量方法,以及基于该理论建立的探测器平均电流、法诺因子以及平均等待时间的计算方法。第三章是对系统与随机涨落环境耦合体系动力学方程的推导,基于时间非卷积量子主方程,我们推导了系统与高斯白噪声环境相互作用的精确动力学演化方程,并给出环境导致系统涨落的二阶累积矩形式,获得高斯白噪声环境下受探测器测量双量子点系统的粒子数分辨量子主方程。最后理论分析探测器输出电流和系统约化密度矩阵的时间对应关系。第四章是本文的结果分析部分,由于探测器和环境的干扰,影响电子的转移过程,展现出奇特的动力学现象。我们研究了开放双量子点系统的动力学演化特性,计算分析了涨落环境导致的横向、纵向噪声以及探测器测量对长时间极限下平均电流和法诺因子的影响。同时探讨了短时间极限下探测器内电子转移平均等待时间与环境噪声的关系。我们给出开放量子系统动力学演化过程中物理现象的合理解释。第五章是本文的总结展望,我们对前面几章的工作进行了总结,并对以后要开展的研究工作的做了计划与展望。
其他文献
目的:LncPrep+96kb是一种新发现的长链非编码RNA,有两个转录本分别为2.2kb和2.8kb,表达于卵巢颗粒细胞中,但其在卵巢的功能尚不清楚。本课题将探究lncPrep+96kb 2.2kb在小鼠卵巢颗粒细胞的作用和可能的机制。方法:通过原位杂交实验,探究lncPrep+96kb在小鼠卵巢的时空表达情况。分离培养原代颗粒细胞,转染lncPrep+96kb 2.2kb过表达质粒和敲除质粒,
石墨烯由于其特殊的能带结构,具有优异的电学与光学性能,在光电子学器件如光电开关、相位调制器、锁模激光器、滤波器等方面具有重要应用。但是由于石墨烯的单层原子特性,在可见及近红外波段具有高达97.7%的透过率,即光与石墨烯的作用相对较弱。物质的非线性光学响应与光电场的高阶项相关,因此增强石墨烯与光场的相互作用,从而增强石墨烯的非线性光学响应是非线性光学领域的重要研究课题。本论文主要研究了单层石墨烯在近
回顾中国经济改革开放以来的发展历程,可以发现,政府对经济的主导作用和对外开放是中国转型式增长模式的两个显著的特征,这两个特征构成了中国四十多年经济增长模式的核心。传统凯恩斯主义认为,政府的财政支出对经济增长的推动具有乘数效应。随着经济的高速增长,我国财政支出规模持续扩大,地方财政支出规模也逐步攀升,地方政府主要是通过调整财政支出规模和结构来实现其宏观经济目标,对外开放则提供经济快速发展与体制转换的
人-机交互(Human-Computer Interaction,HCI)是指在人和计算机之间通过“特殊对话”的方式完成信息交换的过程。随着信息技术和人工智能的迅猛发展,现阶段HCI设备也得到了全面的完善并逐渐应用于人类生活的各个领域。然而,传统的设备虽然能够根据人们的意愿完成一些基本的功能,但无法根据使用者的心理感受调整交互方式,难以真正实现“智能交互”。因此让计算机具有较强的情感识别能力对于进
毫米波大规模MIMO技术是第五代移动通信系统中的一个重要技术,通过在收发端配备大规模天线阵列来提高系统的能量效率、频谱效率和通信容量。然而,随着收发端天线数目的不断增加,通信系统也越发复杂,如何准确的估计出信道状态信息成为了毫米波大规模MIMO系统研究的热点。本文针对此问题,充分利用信号的多维特性,结合张量对大规模数据的处理能力,将大规模接收信号在接收端进行张量建模,对毫米波大规模MIMO系统信道
要素自由流动是城乡融合发展的重要环节,劳动力要素从乡村向城市汇聚,一方面缓解了我国农村“人多地少”的矛盾,使土地要素能够通过市场流转集中起来,扩大人均耕地面积,实现适度规模经营,另一方面为城市发展提供了动力,有助于通过人口城镇化的途径来提高我国城镇化水平。但现实是,农民工融入城市并不顺利,相当一部分农民工未参与土地流转,我国土地流转率仍然处于较低水平,从农民工城市融入角度探讨土地流转问题具有重要意
语言是一个由多种单位构成的复杂系统,语音、词汇、句法等子系统各司其职。语言同时是一个动态、开放的协同系统,各种语言属性互相影响。语言本身及其属性都会受语内及语外因
在信息革命加速重构世界经济版图的今天,共享经济开启了新经济时代,展现出蓬勃生机。它推动着社会资源优化配置,提升了资源利用效率。作为共享经济的主要载体,共享经济平台在其发展过程中呈现出鲜明的集聚化特征,形成了由平台企业、供需双方等多元主体共同参与的微观生态系统。在该生态系统中,平台企业和供需双方在互动发展过程中建立了紧密的共生关系,供需双方的行为对平台企业的演化具有重要推动作用,平台企业的演化反过来
无线传感器网络中的传感器节点一般部署在环境比较特殊的区域,节点能量有限,由于周围环境的限制节点电池不易更换,如何延长节点的生命周期是近年来研究的重要课题,研究表明通过优化网络路由算法可以有效的降低节点能耗。本文首先介绍了无线传感网络的体系结构,对经典分簇路由协议LEACH进行了研究和分析,针对其在分簇不均、簇首选举随机等方面的不足,提出了一种基于能量和密度的低功耗自适应集簇分层协议(LEACH-E
本文结合全国各地和四川省环境信息化发展过程,分析体制机制改革和新技术迅猛发展等新形势为环境信息化带来的机遇与挑战,概述四川省环境信息化"十三五"的重点工作,并提出了