宏觀量子效應(yīng)調(diào)控的單分子磁體電子輸運.pdf

1、本文針對目前既有基礎(chǔ)研究意義，又可能在未來具有重要應(yīng)用價值的單分子磁體的量子輸運做了較為系統(tǒng)的研究。研究的目的一方面為了揭示單分子磁體的宏觀量子現(xiàn)象對電子輸運的影響，另一方面為設(shè)計和實現(xiàn)以單分子磁體為電子元件的分子器件提供理論方面的依據(jù)。文章首先簡單的介紹了介觀輸運、單分子磁體宏觀量子現(xiàn)象以及單分子磁體量子輸運的研究現(xiàn)狀，接著在第二章中較為詳細的介紹了本文所采用的理論研究工具——非平衡態(tài)的格林函數(shù)和隸玻色子平均場的方法，然后對嵌有單分子

2、磁體的量子點的輸運特性以及單分子磁體的Kondo效應(yīng)做了研究:
　　首先，我們提出低溫下處于基態(tài)的分子磁體發(fā)生宏觀量子相干時，就相當(dāng)于一個旋轉(zhuǎn)地磁矩，能夠為和它有相互作用的電子提供一個自旋翻轉(zhuǎn)的機制。而這個翻轉(zhuǎn)機制可以通過加在難磁化平面內(nèi)的磁場的大小和方向來進行調(diào)解?；谏鲜稣J識，我們對嵌有單分子磁體的量子點的輸運作了研究。數(shù)值分析的結(jié)果顯示，當(dāng)量子點與完全極化的反平行的鐵磁電極的耦合時，電流的大小會隨著磁場發(fā)生振蕩，在某些特殊磁

3、場值下，電流會被完全抑制。另外，即使對于非完全極化的電極而言，分子磁體的宏觀量子效應(yīng)對輸運的影響也不可忽略。利用上述性質(zhì)期望可以實現(xiàn)由磁場控制的電流開關(guān)。
　　其次，當(dāng)外加磁場沿著分子磁體的易磁化軸時，會發(fā)生磁化矢量的共振隧穿。我們先將一個涉及到多態(tài)的問題映射為含有多個之間有耦合的子系統(tǒng)。然后利用非平衡態(tài)的格林函數(shù)對系統(tǒng)的電流、電導(dǎo)、隧穿磁阻和散粒噪聲作了研究。分析結(jié)果顯示，與分子磁體的耦合造成了造成了電導(dǎo)峰的劈裂和電流呈現(xiàn)出臺階

4、狀的特征，而磁化矢量的量子隧穿會進一步加強這個特征。特別是磁場的掃描速度通過分子磁體也會影響到輸運。此外，我們還詳細的分析了自旋的彈性與非彈性隧穿的問題，以及相應(yīng)的非彈性隧穿的路徑。對于隧穿磁阻來說，由于自旋非彈性的隧穿，造成零偏壓處會有一個很小的非彈性電流，增加了隧穿電阻。散粒噪聲和Fano因子也強烈的依賴于磁場強度、耦合強度和磁場的掃描速度。電子和單分子磁體的耦合會使散粒噪聲和Fano因子得到明顯的加強。而磁化矢量的量子隧穿所引起的

5、非彈性隧穿又導(dǎo)致零偏壓時散粒噪聲的出現(xiàn)。
　　最后，基于無限U下的Anderson模型，我們討論了在強的電子關(guān)聯(lián)下與金屬電極耦合的單分子磁體的量子輸運特性。通過隸玻色子平均場的方法，我們計算了零偏壓附近的微分電導(dǎo)。數(shù)值結(jié)果顯示，分子磁體的各向異性的等效于一個方向為-Z的外加磁場，造成了Kondo電導(dǎo)峰的劈裂。當(dāng)外加磁場沿著分子磁體的易磁化軸以不同的速度c調(diào)節(jié)時，Kondo峰的行為也各不相同:c較大時，磁場只會造成Zeeman效應(yīng);