多极介观结构含时电子输运中的节点散射问题研究

宏观引线与多极介观结构间存在宏观向介观过渡的、大小主要取决于电子屏蔽尺度的节点区域，此区域中电子散射所致的电荷积累及其变化，会严重影响整个介观体系的电势分布。因此，针对具有重要基础意义和应用前景的介观结构器件，本项目拟以节点区域和多极介观结构构成的输运体系为研究对象，从理论上研究此输运体系在受限条件下的含时电子输运性质，重点研究节点对含时电子输运的影响。具体研究内容为：（1）输运体系中电荷和电势分布以及反映动态输运性质的各种物理量，定量分析节点对含时电子输运性质的影响；（2）不同类型的节点对多极介观体系含时电子输运的影响；（3）在(1)和(2)研究基础上，研究含时情形下节点对实际纳米线\管构成的电子器件稳定性的影响。本研究力求既能对多极介观的含时电子输运行为进行预言和解释，更能为设计和制备稳定高效的实际纳米器件提供理论指导。

纳米结构中电子的输运行为已成为凝聚态物理、信息技术领域的研究热点，其研究结果对纳米器件的设计、开发与应用发挥了重要的推动作用。然而宏观引线/电极和纳米结构构成的纳米输运体系中，总存在宏观向介观过渡的节点区域(contact region)，那么节点区域中电子的散射等行为对体系的输运性质有显著的影响。项目中针对不同的介观结构理论模型，分别采用散射矩阵理论结合费米-托马斯近似，纳米结构自洽输运理论，依照研究计划逐步讨论了多极介观结构电子输运中的节点散射问题，主要结果如下：（1）基于散射矩阵理论和费米-托马斯近似，通过对含单势垒的量子隧穿结构的研究，得到了稳恒输运中介观结构的电导特性。结果表明稳恒条件下节点效应对介观体系中的电子透射以及内部特征势有明显的影响；电势降所呈现的电导特性与经典电路中的基尔霍夫定律相违背，整个介观体系的电阻不能简单地视为节点电阻和散射电阻串联，必须考虑节点和介观器件间的量子相干性。节点效应对于进一步研究介观体系中的电子输运起到非常重要的作用；（2）考虑不同输运区域界面处电子散射、不同通道间模式耦合以及及节点效应，项目中采用统一体三极介观输运模型，运用纳米结构电子自洽输运理论研究了该输运体系的电导与外场频率的关系。结果表明介观条件下交流电导对外部电压的响应表现电容特性和电导特性，并取决于电导矩阵元的正负。重要的是节点效应对介观输运有明显的影响。为了进一步讨论节点几何构型对纳米结构输运性质的影响，项目中采用带等腰梯形的二极介观输运模型展开研究。研究结果表明介观体系电子含时输运性质对于节点的几何构型有很强的依赖性，特别是在外场频率较高时尤为明显。这些结果将为实验上制备真实纳米器件提供一定的理论指导。