磁性分子結及量子點系統中的輸運性質及量子相變

《磁性分子結及量子點系統中的輸運性質及量子相變》是依託武漢大學，由王為忠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁性分子結及量子點系統中的輸運性質及量子相變
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王為忠
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

分子電子學是涉及物理、化學、材料科學與工程、電子工程等諸多領域的一門新興交叉學科，在可以預見的將來有望設計出分子水平上的開關、電阻、電容、放大器、化學感測器及光感測器等電子元件，並極大地提高計算機晶片的集成度。單個磁性分子可看作量子點，其有望成為分子自旋電子學的最小功能單元。由於在磁性分子或量子點中存在強的電子-電子關聯作用，我們在充分考慮磁性分子結構特徵的基礎上，將用多體理論的方法（如簇微擾理論及數值重整化群方法），通過研究系統中的各種相互作用對電導率、磁化率、及光電子譜等輸運性質的影響，揭示一些我們感興趣的物理現象，例如Kondo效應、量子相變及自旋偏振電導的物理機理，並給出這些輸運性質在有限溫度及外加磁場下的回響特性。為設計分子電子學器件或分子自旋電子學器件指出途徑。

結題摘要

該項目研究磁性分子結及量子點系統中的輸運性質及量子相變。對多量子點系統，我們考慮量子點中電子的強關聯作用，研究了電子庫倫作用、門電壓及磁場所產生的效應，發現了一些新奇的物理現象。在對稱兩量子點中，通過調節門電壓，我們觀察到局域自旋態間的兩個一級相變及一個KT量子相變;通過調節電子庫倫作用和磁場，可以觀察到從低自旋態到高自旋態的一級或二級量子相變；在合適的磁場下, Kondo效應可以得到恢復, 完好的自旋過濾器得以實現。在對稱三量子點系統中，考慮量子點間電子庫倫作用時，在三量子點間的能級差很小的情況下, 我們觀察到很強的電荷振盪現象, 該現象源於強關聯繫統中的多體效應。對有磁受挫的非對稱三量子點分子中的量子相變進行了研究，發現相變的邊界可用探測通過量子點的透射率來精確的確定。當磁受挫較小時，隨著量子點間庫倫作用V的增強，系統先從Kondo共振態到庫倫阻塞態進行KT相變，隨後又通過一級相變過渡到V誘導的共振態。當磁受挫較大時，隨著量子點間庫倫作用V的增強，系統從軌道自旋單態經KT相變到V誘導的共振態。對非對稱偶合的並聯雙量子點系統，研究了兩步Kondo禁止現象。在三重態，兩個量子點在同一Kondo溫度下發生磁矩禁止。在三重態-單重態的量子相變的臨界區，觀察到兩步Kondo禁止現象，並伴隨著兩個能量尺度的Kondo共振。非對稱性越大，第二步Kondo共振越弱，這說明在以前的側耦合雙量子點中觀察到的兩步Kondo禁止現象並不是真正的兩步Kondo禁止。對環狀有機分子中的輸運性質進行研究。當環完全由碳原子連線而成時，我們總能觀察到Kondo效應，其中有兩組碳原子會形成自旋單態；如果有兩個相鄰的碳原子被氮原子對稱取代，則兩個氮原子會形成自旋單態，Kondo效應會通過一級相變消失；如果有兩個相鄰的碳原子被其它原子非對稱取代，Kondo效應會通過KT相變消失。對一維半滿的Hubbard超格子中的電子和自旋結構進行研究，每個原包含有一個在位排斥作用為U的格點及L0個無電子相互作用的格點。當L0為偶數時，觀察到在臨界點Uc發生金屬-Mott絕緣體相變；當L0為奇數時，觀察到在粒子-空穴對稱點為關聯金屬，在其他點為帶絕緣體，且隨U增大有一個電荷無公度相出現。