介觀狄拉克費米子系統的相對論動態關聯與噪聲理論

《介觀狄拉克費米子系統的相對論動態關聯與噪聲理論》是依託北京理工大學，由趙宏康擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：介觀狄拉克費米子系統的相對論動態關聯與噪聲理論
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：趙宏康
• 項目類別：面上項目

項目摘要

研究含時外場作用下介觀相對論狄拉克費米子系統存在電勢差和溫度差時粒子流的漲落關聯動態噪聲的非平衡量子統計理論。在相對論系綜的框架下運用場論技術和非平衡格林函式理論研究系統電流、自旋流、熱流、熵流隨時間的演化和漲落關聯行為，求出熱力學流動態漲落關聯函式和噪聲譜的普適性公式。分析各種熱力學流噪聲對系統總噪聲的貢獻以及受外參量的壓縮與增強關係, 給出狄拉克費米子的自旋翻轉散射、光子輔助克萊因隧穿、安德魯夫-克萊因隧穿和干涉效應導致的全新漲落關聯噪聲譜共振機制。尋找與交叉關聯函式相關的自旋量子糾纏態、相對論發射噪聲的微觀基礎，以及內部對稱性與拓撲結構、自旋-軌道耦合法諾共振系統隨溫差和偏壓及微波場的影響對非平衡噪聲的貢獻。得到二維石墨烯-超導體、石墨烯-量子點、鐵磁體-拓撲絕緣體耦合介觀系統動態噪聲譜、外場對系統噪聲的相對論量子調控行為。

結題摘要

運用相對論海森伯方程、主方程和非平衡格林函式理論求出相應物理量算符的運動方程及相對論熱力學流算符，得到描述介觀物理量演化方程鏈，用非平衡格林函式和密度矩陣表示系統熱力學流漲落的多粒子關聯函式和熱力學流噪聲譜。求解介觀物理量的運動方程鏈，得到熱力學流噪聲對系統總噪聲的貢獻以及受外參量的壓縮與增強關係、狄拉克費米子的自旋翻轉散射、自旋-軌道耦合、克萊因隧穿、安德魯夫-克萊因隧穿和干涉效應導致全新的漲落關聯噪聲譜共振機制。對於並列雙量子點和三量子點干涉器件系統，得到了具有對稱阿哈朗諾夫-玻姆磁通量周期振盪關係，以及隨控制柵的共振特性。由於干涉和Andreev散射作用導致了噪聲被壓縮，非對稱Fano 值關於柵極電壓表現出峰-谷轉換。研究了旋轉磁場和振盪磁場共同作用下自旋極化量子點系統的動態噪聲和Fano因子。由於旋轉磁場和振盪磁場的作用，噪聲從亞泊松型增強為超泊松型，同時還敏感受控於旋轉磁場的極化角。塞曼能充當了有效柵偏作用使噪聲顯示共振行為，出現了與振盪磁場相關的新共振峰。得到了光子輔助的法諾-近藤（Fano-Kondo）共振，分子量子點與非共線鐵磁體電極的動態噪聲，以及電-聲耦合下電流、電流關聯函式、散粒噪聲的公式， 揭示了有光子和聲子共同作用的電子輸運規律。 研究計算了扶手椅型環形碳納米管幹涉儀在旋轉磁場作用下的散粒噪聲。通過疊代求解耦合系統的含時運動方程，連同電流連續方程一塊得到隨時間振盪的電流算符，求得電流關聯函式的一般表達式。該關聯函式由靜態和動態兩部分組成，當取消旋轉磁場後系統的動態關聯消失。通過計算電流關聯得到了散粒噪聲公式，正常電流、定域和非定域散射電流對總噪聲產生貢獻，微波場的作用導致了動態噪聲，即使在源-漏偏壓為零時該動態噪聲也不為零。熱噪聲包含在總噪聲中，它也由正常電流、定域和非定域散射電流關聯產生。研究了與Majorana費米子耦合的環形碳納米管幹涉儀的輸運性質，與不存在Majorana費米子的系統相比， Majorana費米子作用明顯增強系統噪聲。當源-漏偏壓為零時，對稱輸運的泵浦電流為零，但是時間振盪電流關聯導致較為可觀的光子作用激發的動態噪聲譜。定域和非定域散射電流對總噪聲產生貢獻，微波場的作用導致了動態噪聲，通過操縱結構參數和時變外場強度進行控制石墨烯器件輸運性質和噪聲變化。