《發展散射理論研究量子泵浦現象基本物理問題》是依託華南理工大學，由朱瑞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：發展散射理論研究量子泵浦現象基本物理問題
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱瑞
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著介觀輸運理論和它在納米電子學和自旋電子學中套用的發展，低維小尺度系統中的動力學輸運過程，從量子漲落到量子泵浦，越來越引起研究者廣泛深入的關注。從1999年美國科學雜誌報導量子泵浦現象實驗上首次實現到2009年並列雙量子泵浦的重要實驗，量子泵浦已被認為在精細電流標準、單電子源、量子信息、神經網路中有重要套用前景。散射理論作為輸運問題的重要研究方法，物理圖像清晰，近幾年在動力學輸運過程研究上有重要發展，包括散射理論在電流漲落中的套用和含時Floguet散射理論。目前，關於量子泵浦仍有許多有待解決的基本物理問題和超越現有理論的實驗現象。這些問題包括：非簡諧驅動量子泵浦現象，超越絕熱極限和線性回響極限的量子泵浦規律，多能量子過程決定的自旋泵浦，等等。這些課題對發展量子動力學基本理論和量子泵浦現象的理論套用研究都有重要意義。本項目擬運用並發展散射理論對這些問題進行探索研究。
結題摘要
本項目的研究內容為：1. 非簡諧驅動的量子泵浦研究；2. 大振幅驅動的單層石墨量子泵浦研究；3. 大振幅驅動的磁隧道結自旋泵浦研究。項目組按計畫完成了這些研究內容，並有所擴展。1. 我們發展了散射理論，研究了一般非簡諧驅動泵浦的輸運特徵。在採用 5 次諧波近似下，低頻率非簡諧驅動量子泵浦仍可以看做絕熱的。我們將驅動信號展開到 5 階，研究發現，矩形波和鋸齒波驅動將產生隨驅動相位差分別做矩形和鋸齒波形變化的泵浦電流，這一研究結果，提示了量子泵浦在信號源探測上的潛在套用可能。絕熱量子泵浦的非簡諧效應給出了Berry 曲率表面積分和多光子發射物理圖象之間的對應。 2. 我們擴展研究了量子泵浦散粒噪聲的一般特徵及其在石墨烯中的獨特效應。我們運用散射理論給出了量子泵浦中散粒噪聲的一般表達式，並在偏壓輸運泊松噪聲的基礎上，針對基於泊松過程的量子泵浦散粒噪聲進行了討論。在此基礎上，研究了石墨烯量子泵浦的散粒噪聲，發現在 Klein 機制控制下，散粒噪聲在電流改變方向的參數點具有顯著的增強，這是電子空穴反向流動的虛過程產生的。3. 我們擴展磁隧道結量子泵浦的研究內容到螺旋磁體隧道結量子泵浦的研究。先研究了螺旋磁體中的一般輸運性質，考慮一維無限深勢阱波導管中嵌入導電螺旋磁體薄層的Fano共振特徵，我們的工作給出了無限深勢阱波導中嵌入螺旋磁體透射機率和電導的一般表達式，自旋的螺旋變化可以是二維的或三維的，任意螺旋取向，螺旋周期和嵌入位置。這些結果可以為實驗上通過Fano 共振探測螺旋磁體的螺旋磁性特徵作參考。關於螺旋磁體量子泵浦的研究，我們得到了具有自旋光柵輸運特徵的泵浦電流，擴展了現有的輸運理論到一般的光柵散射過程，給出了計算任意形狀光柵散射矩陣的疊代公式，運用此公式研究了金屬/螺旋磁體/金屬異質結構中的泵浦過程，當光柵波矢很大時，衍射譜消失，電導出現極小值，在光柵波矢等於零和無窮大兩個極限，電流特徵自然回歸到鐵磁和普通絕緣層的情形。並且，在此項目的資助下，我們還完成了自旋進動驅動鐵磁金屬-螺旋磁體異質結構中的自旋泵浦研究，嵌有Skyrmion 晶格的波導管中的電導特性研究，Zigzag 型邊界石墨烯納米帶的電子態研究和有限尺寸石墨烯的電子態研究。為我們以後的工作打下了基礎。
