半导体量子点系统中的热电效应

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文2013年4月㈣删Ⅲ㈣㈣舢洲洲lY2431957ByIJunZhenglADissertation／ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofCondensedMatterPhysicsInstituteofSemiconductorsChineseAcademyofScien

2、cesApril，2013独创性说明本人郑重申明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得中国科学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者(签名)．日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解中科院半导体所有关保留、使用学位论文的规定，即：所内有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；所内可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其

3、他复印手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵循此规定)签名：——导师签名：日期：摘要随着器件尺度的小型化，集成度的逐渐提高，热耗散已成为高密度电子器件的主要问题之一。如何控制、再利用微型结构中的热能是包括自旋电子学在内的电子科技的重要课题。最近，Uchida等人在实验中观测到了传统热电效应的自旋对应量，即自旋热电效应。自旋塞贝克效应引入了一种通过调节热偏压产生和控制自旋极化的新方法，并可直接用于驱动自旋电子设备的热自旋发电机，开启了一个新的研究方向自旋一热电子学。现代纳米科学技术的迅猛发展重新激发了人们探求高性能热电器件的浓厚兴趣。前期的研究工作表明，降低材料的

4、维度会增强自旋电子学器件中的热电效应，因此在三个维度都受到限制的零维量子点系统有可能成为具有广阔应用前景的热自旋电子器件。本论文研究了半导体量子点系统中的热电效应。在文中的第一章，我们简要介绍了决定系统热电性质的几个重要参量的定义、理论计算及实验进展。第二章我们研究了与普通金属电极耦合的单量子点环中的电荷热电效应，重点讨论了干涉效应及库伦相互作用对电荷热电性能的影响。研究表明Fano效应可以显著的增大系统的电荷优值系数互T，并且热电效率与量子点一电极以及电极问的耦合强度有关。在文中的第三章，我们讨论了与铁磁电极耦合的单量子点环中的自旋热电效应，主要研究了极化方向

5、平行的铁磁电极$]Rashba自旋轨道耦合效应对自旋热电效应的影响。研究表明在自旋轨道耦合效应的辅助下自旋优值系数能比只有铁磁电极存在的情况提高几个数量级。我们在第四章研究了与非共线性铁磁电极耦合的双量子点环的自旋热电效应，主要讨论了铁磁电极磁矩反平行以及磁矩问呈任意夹角时系统的自旋热电性质。结果表明电极自旋磁矩问的夹角可以作为调控自旋热电性质的有效手段。适当调节系统参数，可以产生对应较高ZsT值的纯的自旋向上或向下的热电势。本文的第五章，研究了热偏压作用下单能级量子点的制冷效应。研究发现在热偏压的驱动下，共振隧穿电流可以从声子库中吸收热量，即热量可以从声子库流

6、向量子点，此时的量子点可作为制冷机降低周围系统的温度。在本文的第六章，我们总结全文并对今后的研究做出展望。关键词：量子点、塞贝克效应、自旋轨道耦合、Fano效应、电声子相互作用AbstractWiththeincreasingintegrationscale，heatdissipationbecomesoneofthemajorproblemsinhighdensityelectronicdevicesandcircuits．Controllingandreusingtheheatenergyinsuchminiaturizedstructuresareesse

7、ntialtopicsforcurrentandfuturetechnologies，includingspintronics．Recently，Uchidaeta1．ob-servedthespinSeebeckeffect，aspin．analogtotheusualSeebeckeffect．ThespinSeebeckeffectintroducesanewmethodtogenerateandcontrolspinpolariza-tionbytuningthethermalbiasandcanbedirectlyappliedtoconstructt

8、hermalspinge