异质结及量子点体系中的量子噪声研究

噪声是量子系统的内在性质,蕴涵着丰富的信息。噪声主要有热噪声和散粒噪声，其中散粒噪声是与载流子电荷离散性有关的一种非平衡态噪声,用途最广。散粒噪声提供了很多关于系统的信息,是表征和探测量子体系性质的重要手段之一。本项目重点研究量子点/耦合量子点、多种不同材料构成的异质结中的噪声性质，发展散粒噪声理论及计算方法;通过对噪声的研究，揭示一些通过对电导的研究无法揭示的量子体系中的新效应及性质,解释一些实验发现的新现象,通过计算设计新颖的低维量子结构和器件。

散粒噪声是与载流子电荷离散性有关的一种非平衡态噪声，是表征和探测量子体系性质的重要手段之一。项目研究了异质结、量子点等低维量子结构中的散粒噪声及自旋输运,设计了性能优异的量子结构,发现了一些新效应,发展了理论和数值计算方法,为实际应用提供了物理模型。.研究了嵌入非磁垒的稀磁半导体异质结的散粒噪声,发现散粒噪声敏感依赖自旋指向、稀磁层和非磁层的厚度;发现稀磁层和非磁层扮演迥异的角色,通过调节非磁层的厚度及电势强度可调控结构的输运性质;发现通过调节光场的强度和频率实现对散粒噪声的操控。指出散粒噪声可以作为异质结构、材料类型及尺寸灵敏的探针。.提出两种性能优异的自旋过滤结构：Mn基周期稀磁半导体/半导体超晶格及周期稀磁半导体/非磁垒超晶格,发现二者均能在宽入射能区获得100%自旋过滤,且过滤带的宽度和位置可由外场和超晶格宽度有效调控。优异的自旋过滤性质起源于依赖于自旋的巨塞曼效应。.研究了石墨烯和二维电子气非绝热量子泵浦散粒噪声,发现当其中一个 Floquet 状态纵向波矢和静态势阱中准束缚态纵向波矢一致时,泵浦电流为零,但微分散粒噪声谱出现尖锐的 Fano 共振峰,指出散粒噪声可重现石墨烯量子阱束缚态的复杂色散特征。研究了三种不同硼纳米结中的散粒噪声,指出散粒噪声可揭示结构、尺寸和耦合强度等信息。.研究了量子点和Majorana束缚态耦合体系的散粒噪声,发现电流噪声的超泊松分布及Majorana的弛豫则倾向解除动力学库仑阻塞且抑制散粒噪声。提出利用散粒噪声来测量Majorana束缚态的弛豫时间和能量劈裂的方法。提出利用Majorana边界态在空间上分离的单电子自旋比特(基于量子点中的自旋态)中产生非局域纠缠,发现在输运情形下,电流间的交叉关联很好地反映出纠缠度。.系统研究了量子点的自旋热电输运及太赫兹光辅助隧穿。设计了嵌入磁杂质量子点的AB环系统,发现磁性杂质与量子点内电子的交换作用使系统获得显著的自旋输出功;设计了AB环上嵌入双量子点系统并发现可获得较大的自旋热电优值;设计了四端口量子点环系统,并发现自旋Nernst效应;提出用热压和含时振荡磁场在量子点中产生纯自旋流的方法;提出一种依靠热压将热量从局域声子库导入量子点的制冷机。研究了InAs量子点中的太赫兹光辅助隧穿,解释了实验发现的库仑阻塞振荡与p能级的光诱导激发态响应,发现新的p能级相关的光辅助隧穿峰。