陈元平[1]2004年在《准一维量子结构的电子输运性质：格林函数方法》文中研究指明准一维量子结构（如量子线、波导管）的物理性质的研究是目前凝聚态物理十分活跃的前沿研究领域之一，不断揭示出一系列重要的物理内禀，同时也展现出广泛的应用前景。本文运用格点格林函数方法针对准一维结构的电子输运现象做了一些理论研究。其目的在于揭示这种结构中的新效应及其物理机制，并为设计和实现具有优良性能的量子器件提供物理模型和理论依据。 本文共分五章。第一章从整个介观体系出发介绍了介观体系的制备、一些典型介观结构及其量子现象。 在第二章中，我们介绍了格点格林函数方法，特别是递归格林函数方法。与其他的数值计算方法相比较，本方法能较方便的处理磁场和无序（如参杂）等问题。而递归格林函数方法则能用来有效的解决大尺寸和复杂体系的输运问题。 在第叁章中，我们利用递归格林函数方法研究了在量子线中嵌入锯齿形量子点和一段有限长锯齿形超晶格及在它们内部加上磁场或周期性的磁场的输运性质。结果显示，电子输运要受到量子点的形状的影响和制约。量子点内的弱磁场使干涉效应更加显着。当锯齿形的超晶格嵌入量子线中时，除了在准束缚态峰上有ｎ 重劈裂外，其他的都是 ｎ－１ 重劈裂。如果在这种超晶格中加入周期性的弱磁场，第二个共振峰上的共振劈裂变成了 ｎ 重。 在第四章中，我们发展了一种格点格林函数方法计算在 Ｔ－型量子线中加入势垒后的输运情况，讨论了在垂直电极和水平量子线中加入势垒后对输运的影响。结果表明，势垒使得单个Ｔ－型量子线的水平和弯曲电导谱上出现了一个谷－峰对。势垒宽度的变化使得谷－峰对变得越来越明显并且增加了电导谱的振荡。而对两个耦合 Ｔ－型量子线的研究说明，我们可以通过对势垒高度和宽度的调制来实现电导谱的裁剪从而得到各种的电导谱。 1
周五星[2]2015年在《准一维纳米结构热电转换机理及其性能调控》文中提出随着能源短缺、环境污染问题日益严重,开发高性能热电材料和高效热电转换技术引起了世界各国的高度重视。准一维纳米结构材料一方面可以利用强烈的声子-边界散射来降低晶格热导率,另一方面可以利用量子限制效应提高功率因子,从而提高其热电性能。本论文运用第一性原理结合玻尔兹曼输运方程和非平衡格林函数方法,以及分子动力学方法系统研究了准一维纳米体系(纳米带,纳米管和纳米线)中的热输运和热电性质,并得到一些有意义的结果。首先,我们利用非平衡分子动力学方法研究了不同尺寸和不同生长方向的砷化铟纳米线的声子热输运性质。计算结果表明砷化铟纳米线的热导率具有显着的各向异性特征。并且发现其沿着[110]方向生长的纳米线热导率要比沿着[100]和[111]方向生长的纳米线热导率大叁倍左右。随着温度的升高,沿着[110]方向生长的纳米线热导率会迅速下降。然而,其他两个方向上的热导率对温度变化不太敏感。另外,我们还发现随着砷化铟纳米线长度的增加,会出现从弹道热输运到弹道-扩散混合热输运的转变,并且对这些结果给出了简要的物理分析。我们还推测出具有闪锌矿结构纳米线的热导率都有各向异性特征。其次,运用非平衡格林函数方法,我们研究了砷化铟纳米管的热电性质。研究结果表明,由于量子限制效应的增强而导致功率因子的增加,使得具有某一特定内径的砷化铟纳米管比砷化铟纳米线具有更高的热电优值。砷化铟纳米管的热电优值可以达到1.74,这一数值相当于砷化铟纳米线热电优值的叁倍左右。另外,我们还发现砷化铟纳米管的热电优值随着内径的增加而急剧减少,这是由于低频率光学声子模的“红移”导致声子热导急剧增加而造成的。接着,运用非平衡格林函数方法和分子动力学模拟方法,我们研究了多重核壳纳米线的热电性能。结果表明:与单一成分的纳米线比较,多重核壳纳米线的热电性能随着壳层数的增加而显着提高,这是因为其声子热导能够明显减小。在室温下,Ga Sb/In As多重核壳纳米线的热电优值是单一成分的Ga Sb纳米线的叁倍。另外,我们还发现核壳纳米线和单一成分纳米线的热电优值都随着温度升高而增大,但是核壳纳米线热电优值的增加速度要比单一成分纳米线的热电优值增大的缓慢。这些结果表明单一成分纳米线更适合做高温度下的热电材料,而多重核壳纳米线更合适做室温下的热电材料。然后,运用非平衡格林函数方法,我们系统地研究了四种典型的石墨炔纳米带的热电性质。结果表明:由于高的功率因子和低的声子热导,β-,γ-和(6,6,12)-石墨炔纳米带表现出优异的热电性能,他们的热电优值可以达到石墨烯纳米带热电优值的10倍。另外,我们也研究了引入缺陷对β-型石墨炔热电性质的影响。我们发现含有缺陷的β-型石墨炔纳米带具有比理想β-型石墨炔更高的热电优值。含有缺陷的β-型石墨炔的热电优值可达1.64,是理想β-型石墨炔纳米带热电优值的六倍左右,这是由于缺陷所产生的声子局域态对声子产生强烈的散射,导致声子热导急剧减少,而与此同时时功率因子并没有恶化引起的。最后,运用第一性原理计算结合声子玻尔兹曼输运方程,我们系统地研究了单层WSe_2的声子输运。跟其他二维材料比较,发现单层WSe_2具有超低热导率,这是由于超低的德拜频率和重的原子质量导致的。在室温下,1μm典型样本的热导率是3.98W/m K,比Mo S2要低一个数量级,10nm大小样本的热导率可以进一步降低大约95%。并且,我们发现ZA声子模对热导率起主导作用,在室温下的相对贡献几乎达到80%,明显比单层Mo S2要高。这是因为在单层WSe_2中,ZA声子模比LA声子模和TA声子模具有更长的声子寿命。
李航[3]2010年在《准一维量子结构的自旋输运》文中进行了进一步梳理自旋电子学是研究在固态体系中有效操控电子自旋的一门新兴学科。准一维量子体系(如量子线,石墨纳米带)的自旋输运性质的研究是自旋电子学中一个非常重要的研究热点。基于格林函数方法,本文研究了半导体量子线和石墨纳米带的自旋输运性质。讨论了操控自旋极化电子的有效方法,希望能够为设计和实现具有优良性能的自旋电子学器件提供物理模型和理论依据。全文共分四章,第一章主要介绍了量子体系,重点是量子现象及一些典型的自旋设备。第二章主要介绍了格林函数方法。包括全格林函数方法和递归格林函数方法,该方法能够方便的处理磁场和电场,以及各种具有不规则几何形状的准一维体系。第叁章我们研究了半导体双弯量子线中的自旋电子输运性质。研究结果表明当自旋轨道耦合和磁场存在于两条右弯角量子线的结合处,自旋极化效果最为显着。自旋轨道耦合和磁场对自旋输运有显着的影响。通过调节自旋轨道耦合和外加磁场,自旋极化的幅值能够从0变化到100%。此外,我们也讨论了几何尺寸对自旋极化的影响。在第四章中,我们研究了T型石墨纳米带中的自旋电子输运性质。结果表明自旋电导谱中存在许多谷。费米能附近电导谱中的一对谷是由于边缘态被破坏而形成的,而离费米较远的谷是由于电子被局域在边臂中形成的。这些谷的位置能够通过调节势垒控制,相应的自旋极化也能够被控制。另外,我们也研究电导随节的高度的变化。第五章我们对本论文的工作进行简单的总结,并对自旋电子学领域的前景做了简要的展望。
刘一曼[4]2014年在《基于拓扑绝缘体表面准一维体系电子结构及输运性质研究》文中研究表明拓扑绝缘体是一种完全不同于传统金属与绝缘体的新型量子物态,其体电子态是有能隙的绝缘体,而表面/边缘是无能隙的金属态,而且这种无能隙的表面/边缘态受到时间反演对称性的保护.这完全是由材料本身的自旋-轨道耦合作用导致能带反转引起的.拓扑绝缘体的独特性质使其迅速成为近年来凝聚态物理研究领域的一个热点.本论文在弹道输运理论框架下,采用传输矩阵方法以及Landaur-Biittiker公式,研究拓扑绝缘体表面上金属门电极及铁磁近邻作用限制形成的几种准一维体系的电子结构和输运性质及其外场调控问题,旨在为未来基于拓扑绝缘体表面态的纳米(自旋)电子器件的设计提供理论基础.全文共分为六章.第一章为绪论,简要介绍了量子自旋霍尔效应和拓扑绝缘体的基本概论,以及几种典型基于拓扑绝缘体表面态低维体系的实验实现与制备.第二章中,我们较详细介绍了介观量子输运中常用的理论研究方法,即矩阵方法和非平衡格林函数方法.第叁章研究了叁维拓扑绝缘体薄膜表面态在金属门电极方势阱的限制下一维波导体系.从表面态有效哈密顿量出发,通过求解对应的本征方程获得了电子结构,包括能带结构和自旋极化分布.结果表明：在势阱中存在表面束缚态,其实空间中电子密度分布局域在势阱内,而在势阱外是指数衰减的；束缚态子能级与波矢成准线性的色散关系；当波矢b>0时,通道内电子主要占据薄膜的上表面,而ky<0时,电子主要占据薄膜的下表面；由于上下表面的耦合作用,具有相同电子密度分布的上表面和下表面束缚态的自旋极化方向是相反的.第四章研究了电势阱对叁维拓扑绝缘体表面态朗道能级的影响.通过数值计算方法求解体系相应的Dirac方程,获得了一些有趣的结果：在一定的范围内,能量既是垂直磁场的函数又是波矢的函数,而且导带和价带不再关于最低朗道能级对称；当电子的回旋轨道中心位于势阱内时,局域态密度中的价带部分将被抑制；当回旋轨道中心不太靠近势阱的两个边界,能级趋于平坦,与波矢无关.有趣的是,我们发现这种限制势不但改变朗道能级而且产生了沿着势阱的边界传播的边界态,导带上边界态的几率密度和自旋极化主要分布在势阱内而在势阱外是衰减的,但是价带上边界态的几率密度和自旋极化主要分布在势阱外而在势阱内是衰减的.第五章从硅烯有效Dirac哈密顿量出发,研究了不均匀局域电场和铁磁近邻交换场形成的准一维通道内的自旋和谷过滤效应.利用传输矩阵方法和Landaur-Buttiker公式,我们得到的结果表明：两界面之间的全内反射使得通道内存在束缚态,且电场和交换场对具有不同自旋和谷指标的导带和价带产生不同的效应；发现可以存在沿通道自旋和谷极化的输运电流,它的极化程度受局域电场和交换场的调制,并得到了在这种电磁波导结构中实现完全自旋极化和谷极化电流的条件.我们的结果为实验上实现有效操控硅烯中电子自旋和谷自由度提供了一种方案.第六章中,我们对本文的工作进行了总结和归纳,并对基于拓扑绝缘体表面态准一维体系的研究以及在纳米(自旋)电子器件中的应用进行了展望.
郭春轶[5]2017年在《碳纳米管异质结的量子输运》文中指出低维碳系材料包括零维的量子点,如富勒烯;一维的碳原子单链,准一维的碳纳米管、条状石墨烯带;二维的石墨烯等。自上个世纪80年代开始迅猛发展,人们对这类材料的量子输运性能做了大量研究,取得了丰富的成果。低维碳系材料所做成的电子器件其主要工作原理是电子隧穿,其中的碳纳米管作为准一维材料在很多时候被用来作为信息传输的载体。由于其空间和结构的限制,电子的输运会受到影响。例如分子异质结、杂质等因素,都会影响其传输性能,从而对所做成的电子器件性能产生较大影响。研究由这些材料组成的分子异质结对通过其中的电子输运情况的影响,不但有重要的理论方面价值,同时还有重大的实际应用方面价值。所以我们对由准一维碳纳米材料组成的分子异质结,其量子输运性能进行了理论研究。在准一维材料碳纳米管中,电子的运动并不遵循经典粒子的运动规律,由量子力学规律决定,运动具有波粒二象性。量子输运理论符合Landauer-Buttiker理论,Landauer-Buttiker理论也是低维介观材料中使用范围最广的量子输运理论。在本论文第一章中我们介绍了低维纳米科技、纳米材料的发展和对人类生产生活的影响,列举了低维纳米材料的特性及相关研究实验,重点介绍了电学特性,并介绍了研究低维纳米材料的理论方法—朗道尔公式。第二章介绍低维碳系纳米材料中的准一维材料发展现状和相关应用,几何结构及由它所组成的分子异质结的几何结构,利用石墨能带折迭法求出准一维材料的的能带结构和色散关系。第叁章对电子的干涉实验—AB效应作了详细叙述,介绍了紧束缚近似理论,计算态密度和量子电导的格林函数方法。第四章采用朗道尔公式结合紧束缚近似格林函数法对准一维碳系材料异质结的量子输运情况进行理论研究。得到了一部分创新性的成果。准一维的碳系纳米材料单壁碳纳米管由于其螺旋矢量和半径的不同,表现为金属型或半导体型,对于结合实际情况所建立的四种单壁碳纳米管分子异质结的结构模型:(5,5)/(8,0)(金属/半导体)、(5,5)/(10,0)(金属/半导体)、(5,5)/(9,0)A(金属/金属)、(5,5)/(9,0)B(金属/金属)。利用紧束缚近似格林函数法对模型进行理论计算。结果显示:异质结所对应的完好碳管(5,5)和(9,0)两种管型同属金属型,局域态密度在费米面处与能量轴平行,且不为零,说明存在金属能带;(8,0)和(10,0)两种管型均为半导体型,局域态密度在费米面附近存在有限大小的能隙;完好碳管的量子电导均呈现台阶状,金属型管费米面处量子电导很大,导电效果良好,半导体型管费米面两侧较窄处的电导等于零;金属/半导体结的局域态密度曲线在费米面处呈现比较高的峰,表现了有允许导电的量子态,但其量子电导曲线在费米面处仍为零,证明了这些许可态在能隙中的局域性,同时说明了电子输运至异质结的界面处有大量的衰减;金属/金属结的局域态密度曲线在费米面处要高于所对应的完好碳管,而量子电导曲线则在费米面处比所对应的完好碳管低;同时(5,5)/(9,0)(金属/金属)有两种构型,量子电导曲线有很大的差别,几何结构的改变使其导电性能受到较大影响,构型A比构型B在费米面处有更大的量子电导,改变结构即可改变其导电性能,这是我们最感兴趣的,电子在分子异质结内的输运性质对异质结的连接方式异常敏感。这些理论结果在碳纳米管制作的量子开关和二极管等方面有重要应用。
段玲[6]2011年在《准一维纳米结构电子输运的梯度无序与结散射效应》文中研究表明准一维纳米结构电子输运性质是当前凝聚态物理领域研究的热门课题之一。它展示了许多独特的物理特性,拥有广阔的应用前景。在纳米材料的制备过程中,由于掺杂、空位以及吸附等原因,常常会引入无序。大量的理论及实验证明无序是影响纳米体系电子输运性质的重要因素。本论文发展了格林函数方法系统地研究了无序对准一维纳米结构体系中电子输运的影响。其目的在于揭示这些体系中一些新的物理机制,为纳米器件的设计及应用提供理论依据。本论文主要包括以下几部分:第一章是引言,简单介绍了准一维纳米材料以及无序体系的相关理论背景。第二章是研究的理论基础以及格林函数方法的简要介绍。第叁章中,我们考虑实际体系的梯度无序和结散射,发展格林函数矩阵分解消元方法,研究了准一维纳米线的电子输运性质。结果表明,由于结散射,电导随能量呈现振荡行为,无序的引入破坏了电子相干性,在低无序度区平均电导呈现异常增加,出现一个新的电导峰。当表面存在无序但无梯度衰减时,体系的平均电导随无序度增强先减后增,出现类局域-退局域性转变。当表面无序线性衰减时,平均电导在强无序区稍有增加,而当表面无序高斯型衰减时,平均电导指数衰减,类局域-退局域性转变消失,不同于以前的理论预言。在第四章中,基于紧束缚理论,我们考虑了不同无序效应以及结散射对锯齿型石墨纳米带的电子输运性质的影响。在计算过程中我们分别摸拟了高斯形式的长程无序,以及边缘无序两种情况时,无序对体系电子输运性质的影响。通过计算我们得到锯齿型石墨纳米带的电子输运性质与无序效应以及结散射作用密切相关。结果对理解单层锯齿型石墨带的电子输运性质及潜在应用有帮助。最后,我们对本论文工作进行了总结,对以后可能要开展的工作进行了设想。
刘岳阳[7]2017年在《准一维纳米结构热输运、电子输运以及热电转换机理研究》文中研究说明随着科学研究的深入和加工技术的发展,比传统器件更高效、更环保、集成度更高以及拥有全新功能的纳米器件逐渐面世。然而,在实现这些模型和器件功能的过程中,聚集在器件周围的热量成为了影响纳米器件工作效率、稳定性以及器件寿命的重要因素。如何控制和管理纳米结构中热量的传输,同时研究热量激发的声子对纳米器件中电子输运的影响变得越来越急迫和重要。另一方面,如果能利用某些热电转换机制将纳米器件工作产生的热量直接转换为电能进行回收利用那将是一件两全其美的事情。事实上,环境污染、能源短缺等日益凸显的问题也在督促着人们寻找和改进有效的能量转换机制来将大自然中丰富的热能转化成能被人们利用的电能。再者,将热量视为一种信号,设计并制造热功能器件也展现了诱人的前景。本论文以准一维纳米结构为基础,以热量为中心,开展了热量输运、热电转换以及电声相互作用叁方面的研究。在热量输运方面,我们首先利用核壳纳米线提出了纳米热缆的概念,然后利用非对称纳米线提出了一种重要的热整流机制,为人们控制和管理热量输运提供了非常有效的手段;在热电转换方面,我们利用自由站立(Free-standing)的压电纳米线中的压电效应提出了一种新型的热电转换机制,其优势非常显着;而在电声相互作用方面,我们采用一种非常直观的方法研究了石墨烯纳米带中的晶格振动以及其对电子和自旋输运的影响,由于实验上一般无法避免声子的存在,该工作为今后在实验上实现理论预言以及解释实验结果与理论预言之间的差异提供了指导。具体地说,我们做了以下研究:首先,我们利用非平衡分子动力学模拟系统地研究了 InAs/GaAs和GaAs/InAs两种核壳纳米线中的热流分布。计算结果表明InAs/GaAs(以InAs为核心,GaAs为壳层)核壳纳米线中的热流倾向于从壳层通过,而GaAs/InAs核壳纳米线中的热流倾向于从核心通过,而且核心和壳层的界面几乎没有热流通过,从而将核心与壳层分成了两个几乎独立的并且平行的热输运通道。此外,我们提出了一个简单的方程来描述核心和壳层两个热输运通道单独传热时的热导与合并在一起以后的热导的关系。这些研究表明核壳纳米线可以充当良好的纳米热缆。其次,我们研究了阶梯型纳米线中不对称的热输运性质,同时揭示了驻波在这种特殊结构中的存在和作用。详细地说,当纳米线直径大的一端加高温,直径小的一端加低温时,体系中的热流总是很大;而当温差颠倒以后,体系中的热流会比较小。更重要的是,当直径小的一端加高温时,我们可以通过控制纳米线的长度使得体系中出现驻波。一旦驻波形成,热流会进一步降低,整个体系的热整流效应也因此大大增强,热整流比可以达到165%。这些研究说明了驻波是实现热整流效应的一个重要机制,同时也展现了阶梯型纳米线充当热整流器件的巨大潜力。接着,我们将阶梯型纳米线中得到的现象和结论推广到了更广泛的非对称纳米线中。我们还通过观察不同时刻纳米线中原子的位置排布得到了驻波的轮廓、频率以及波长,对驻波有了更全面的认识。此外,我们发现热整流效应的显着提升不仅与驻波的形成有关,还得益于形成驻波的振动模式的共振。驻波的形成使得一支振动模式变得局域,而共振的出现使得整个纳米线有了一定程度的弯曲,增强了其他频率声子传输过程中的散射,从而共同导致了热导的降低和热整流效应的增强。然后,我们运用晶格动力学理论结合分子动力学模拟提出并证实了一种新型热电转换机制,即利用热量驱动自由站立的压电纳米线中的压电效应,实现热能到电能的转换。该热电转换机制不同于传统的热电效应和压电效应,它不但能充分利用自然界丰富的热能,还能输出具有交流特性的电势差。此外,通过控制纳米线的尺寸和施加温差的大小,可以控制输出电势差的大小。我们还通过有限元分析证明了该机制下输出的压电势与用机械能触发的压电效应产生的压电势大小相当。最后,我们提出了一种组合的方法,即运用晶格动力学、分子动力学以及第一性原理和非平衡格林函数方法,研究了声子对石墨烯纳米带中电子和自旋输运的影响。研究表明声子对纳米器件中的电子输运具有多方面的影响。首先,由于晶格振动的连续性,所有纳米带的电导都会随着时间的变化而上下波动。其次,沿宽度方向镜面对称的Zigzag型石墨烯纳米带的电导会由于声子的存在而增强;沿宽度方向没有镜面对称性的Zigzag型石墨烯纳米带的电导会由于声子的存在而降低;与此同时,存在于镜面对称的Zigzag型石墨烯纳米带中的自旋过滤效应会由于声子的存在而被削弱。该工作提出的组合方法能将所有声子以及声子间的相互作用同时考虑在内,充分展示了声子对纳米器件中电子输运的多方面影响。
陈学坤[8]2016年在《准一维杂化纳米结构声子输运的分子动力学研究》文中指出近年来,随着纳米科学技术的快速发展,新型的纳米材料和器件引起了人们的广泛关注。碳纳米管、石墨带和硅纳米线等准一维纳米材料也成为了人们研究的热点,由于其具有优良的光学,电学及磁学性能,被研究人员认为是下一代纳米器件的理想材料。然而当器件的尺寸进入到纳米量级,电子电路将会高度集成化,散热问题正在成为制约该领域发展的主要瓶颈之一。因此研究准一维纳米结构中热传导的规律及底层机制,对于更好的控制热量在器件中传输有着举足轻重的意义。本文采用分子动力学方法研究了准一维杂化纳米结构的声子输运性能,得到了一些重要的结果。首先,我们利用反转非平衡分子动力学方法研究了不同种类的应变对graphene/h-BN杂化纳米带热输运性质的影响。计算结果表明不同的应力对杂化纳米带热导率的影响是不一样的。当拉伸或者剪切应变加载时,随着应变从0增加到0.2,体系在常温下的热导率被减少50%以上。而当压缩或者弯曲应变加载时,体系的热导率对应变的大小不太敏感。此外,我们还发现杂化纳米带的热导率强烈依赖于其尺寸大小和graphene组分比率,并且针对这些结果给出了简要的理论解释。这一研究结果有助于设计基于graphene/h-BN杂化纳米带高性能的热控制器和热电器件。其次,运用非平衡分子动力学的方法,我们研究了热量在graphene/h-BN杂化纳米带界面传输过程。发现热量能够容易地从h-BN传递到graphene,反之却非常困难,这显示出该异质结构具有明显的热整流效应,其原因为graphene和h-BN平面外的声子模在低频区间发生强烈的共振。为了获得最优的热整流效率,我们考虑了环境温度,尺寸,温差和界面密度对体系热整流的影响。比较有趣的是,当温差比较大时,扶手椅型界面的杂化纳米带中出现了负微分热阻现象。声子谱的分析揭示出横向声学波在界面传热的过程中扮演着重要的角色。该研究结果表明graphene/h-BN杂化纳米带可用于设计热整流器和热叁极管。接着,运用反转非平衡分子动力学的方法,我们研究了graphene/h-BN超晶格热输运性质。结果表明:通过增加超晶格的周期长度,其热导率先减少后增加,存在一个最小值,显示出声子输运从相干性到非相干性的过渡。此外,我们还发现最小热导率对应的周期长度在高温条件下会减少,并且体系热导率的降低幅度随温度的降低而增加。特别在200K下,一些特定周期长度的graphene/h-BN超晶格的热导率几乎等于其在300K下的热导率。详细的声子谱分析揭示出热导率这种异常的变化主要是源于强烈的声子波动相干。这些结果为纳米结构中声子输运性质的调控提供了一种全新的思路,在热电转换领域具有重要的潜在应用价值。最后,通过谱能密度理论和平衡分子动力学方法,我们系统研究了石墨炔纳米管的声子输运性质。相比于同尺寸的碳纳米管,石墨炔纳米管具有超低的热导率。在室温下,锯齿型石墨炔管的热导率为76W/m K,比碳纳米管的热导率低一个数量级,显示其在热电转换领域的潜在应用价值。通过声子振动模式的分析,发现石墨炔管中sp碳原子和sp2碳原子在低频区域发生了局域共振。这种共振将导致该频率区间内的声子模被局域和呼吸模消失,即声子群速度会大幅度地的降低。其次,声子驰豫时间也由于此类共振会明显降低。根据动力学理论,声子群速度和驰豫时间同时减少将导致体系热导率显着下降。
宋招权[9]2011年在《一维及准一维无序体系电子输运性质研究》文中进行了进一步梳理以一维、准一维DNA分子链及准一维多链无序体系为研究对象,从单电子紧束缚模型的哈密顿量出发,利用在负本征值理论及无限阶微扰理论发展起来的多对角高阶随机厄米矩阵的求解方法及传输矩阵方法、重整化群方法等,研究了一维随机二元无序DNA分子链、一维准周期Cantor型和RS型人工DNA序列、SRY基因序列、准一维多链无序体系、准一维鱼骨模型DNA分子链及准一维Ladder模型的DNA分子链的电子结构及电子输运特性。(1)对于一维二元随机无序DNA分子链,我们发现DNA分子中某一碱基对的比例越高,系统能量态密度分布的对称性越好,电子输运能力亦越强。由单一碱基对构成的DNA分子的饱和电流强度远大于由两种碱基对按一定的组分随机分布的DNA分子的饱和电流强度,且当DNA分子中两种碱基对的含量相等时,其饱和电流强度最小。同时,富含C-G碱基对的DNA分子比富含A-T的DNA分子的电子输运能力大。金属电极位能对DNA分子电子输运的影响体现在两方面,一方面,当偏压较小时电极位能具有阻碍电荷注入的效果,另一方面,当偏压较大时,电极位能有增强电荷注入的效果。当耦合强度与DNA分子碱基对间交互作用相等,发生共振电子注入,体系饱和电流强度最大。当耦合强度大于DNA分子碱基对间交互作用时,随着耦合强度的增大,电荷注入能力减小,其饱和电流强度亦相应减小。(2)对于Cantor型和RS型人工DNA序列,采用一维随机行走模型和Hurst分析法研究了系统的重标极差函数和Hurst指数等描述统计属性的物理量,对序列中可能存在的关联进行了探讨；从Anderson紧束缚模型出发,用负本征值理论和无限阶微扰理论研究了系统的电子态密度；采用重整化群方法研究了该序列的电子输运特性。研究发现,这些准周期序列中存在扩展态、局域态和临界态叁者是共存状态；序列的净位移及其标准偏差函数曲线对标度变化的稳定性直接证明了其标度不变性及自相似性；Cantor序列的Hurst指数约为0.23,小于0.5,说明该系统具有内在的正相关属性,而RS序列的Hurst指数在0.5附近波动,说明该序列的不同部分具有不同的关联属性,有些片段呈现正相关,而有些片段则呈现负相关；这些序列中存在相当数量具有好的透射性的扩展能态,且随着序列长度的增加,扩展态的能量区间变得更为细碎,共振峰的数量、高度及位置均有所改变,具有好的透射性的电子态数量略有减少,但能在相对较长的序列中维持其存在,推测为Cantor型和RS型序列中存在着关联的结果,并且,相对而言,RS型序列中的关联比较弱。(3)对SRY(Sex determining Region Y)基因序列的研究表明,系统的能量本征值分布在能量区间[7.6eV,9.1eV]中,在低能态区间有较小的态密度分布,系统中存在几个宽度基本固定的能隙,当SRY态的数量增加时,增加的态极少出现在带隙中,绝大部分新增的能态只是使原来能量带的能态密度更大。在这种实际的DNA中,绝大多数情况下,系统中电子的局域长度小于系统的链长,局域态占据着绝大多数,扩展态只存在于几个孤立能量值下,说明SRY序列对电子具有一定的透射性,但鉴于无连续扩展态的存在,它们对系统的总的电导的贡献是微小的,在热力学极限之下,输运系数T(E)急剧减小,其导电性几乎可以忽略。SRY基因序列Hurst指数不是一个单一值,在序列的不同区间可以取得大于或小于0.5的Hurst指数值,说该序列有正关联或负关联的存在。(4)一维无序系统和准一维双链、叁链无序系统在电子结构上存在很大的差异,即一维与带状结构的电子结构存在本质区别。在有序情况下,随着系统链数的增加,电子态密度的峰值数目同样明显增多。一维单链无序系统有2个峰值,准一维双链无序系统有4个峰值,准一维叁链无序系统有6个峰值；对角无序体现系统的成分无序；非对角无序体现系统的结构和粒子边界效应。非对角无序对无序系统电子态密度的分布影响更大。态密度为零的能量区间的减少,是从一维到准一维,即在向二维过渡的变化中所带来的影响,是维数效应的体现。准一维无序系统电子可在两个方向上运动带来能带结构的变化,使一维情况下态密度为零的某些能量区间被覆盖。准一维叁链无序系统电子态密度分布底部出现空白,说明准一维叁链无序系统的这些能量区间上电子的态密度起伏比较小。(5)准一维多链无序体系中由于格点能量无序的存在,其电子波函数同样呈现出局域化特性；当体系大小及链数确定时,格点能量无序度的减小会导致在中间能区发生退局域化现象,表现为在中间能区电子波函数的局域化程度大于体系大小,即出现扩展态,且出现扩展态的能量区间随着无序度的减小而呈增大的趋势,同时,随着链数的增加,体系有向退局域化方向发展的趋势。在中间能区电子输运透射系数较大,而在低能区及高能区透射系数较小,同时格点能量无序与维度效应对体系的电子输运存在竞争效应,当体系格点数及链数一定时,体系的透射系数随着格点能量无序度的增大而减小,而当体系格点数及格点能量无序度一定时,准一维多链无序体系的透射系数随着体系链数的增大而增大。(6)在准一维DNA分子链鱼骨模型中,骨架格点的引入极大地影响了DNA分子的这些性质,当计入骨架格点的影响,随着环境无序度W的增大,电子态密度谱的峰值减小,整个能量本征值范围展宽,能带之间有逐渐融合趋势,能带间隙变窄,体现出了一定的无序系统特征,并且各种无序效应所产生的影响还不尽相同,其中二元无序所产生的影响最大；环境无序之下DNA分子中的电子态基本都是局域的,多数电子态的局域长度小于系统的长度；考虑骨架在位势的DNA分子可能具有半导体属性,存在着大小基本稳定的阈值,且电导σ随无序度W的变化呈现非单调性,随着W的增大,σ先增大后变小再增大。而对准一维Ladder模型的DNA分子链,研究发现人体的Ch22染色体中应该存在有弱关联,这种弱关联虽然还没强到使其成为导体,但能使其具有一定的电荷输运能力。也正是这种导电能力使人们对DNA作为分子导体、分子器件的应用前景充满着兴趣和期待。
段玲, 胡飞, 丁建文[10]2011年在《准一维纳米线电子输运的梯度无序效应》文中研究表明考虑实际体系的梯度无序和结散射,发展格林函数矩阵分解消元方法,研究了准一维纳米线的电子输运性质.结果表明,由于结散射,电导随能量呈现振荡行为,无序的引入破坏了电子相干性,在低无序度区平均电导呈现异常增加,呈现一个新的电导峰.当表面存在无序但无梯度衰减时,体系的平均电导随无序度增强先减后增,出现类局域—退局域性转变.当表面无序线性衰减时,平均电导在强无序区稍有增加,而当表面无序高斯型衰减时,平均电导指数衰减,类局域—退局域性转变消失,不同于以前的理论预言.研究结果对准一维纳米线电子器件的结构设计和应用有指导作用.
参考文献：
[1]. 准一维量子结构的电子输运性质：格林函数方法[D]. 陈元平. 湘潭大学. 2004
[2]. 准一维纳米结构热电转换机理及其性能调控[D]. 周五星. 湖南大学. 2015
[3]. 准一维量子结构的自旋输运[D]. 李航. 湘潭大学. 2010
[4]. 基于拓扑绝缘体表面准一维体系电子结构及输运性质研究[D]. 刘一曼. 湖南师范大学. 2014
[5]. 碳纳米管异质结的量子输运[D]. 郭春轶. 中原工学院. 2017
[6]. 准一维纳米结构电子输运的梯度无序与结散射效应[D]. 段玲. 湘潭大学. 2011
[7]. 准一维纳米结构热输运、电子输运以及热电转换机理研究[D]. 刘岳阳. 湖南大学. 2017
[8]. 准一维杂化纳米结构声子输运的分子动力学研究[D]. 陈学坤. 湖南大学. 2016
[9]. 一维及准一维无序体系电子输运性质研究[D]. 宋招权. 中南大学. 2011
[10]. 准一维纳米线电子输运的梯度无序效应[J]. 段玲, 胡飞, 丁建文. 物理学报. 2011
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