量子相干現(xiàn)象的機(jī)制研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)不斷深入，介觀領(lǐng)域成為研究的新熱點(diǎn)。近幾十年來(lái)，不斷有新的現(xiàn)象在介觀體系中被發(fā)現(xiàn)，在這些新奇的物理現(xiàn)象中，量子相干效應(yīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位。如何去揭示量子相干的過(guò)程成為人們所普遍關(guān)心的問(wèn)題。本文通過(guò)應(yīng)用幾種不同的方法，研究了介觀體系中一些常見(jiàn)的量子相干現(xiàn)象，如量子點(diǎn)共振透射，量子重現(xiàn)現(xiàn)象，塔爾博特(Talbot)效應(yīng)等，直觀地描述了這些現(xiàn)象中的量子相干過(guò)程，大大加深了對(duì)相干機(jī)制的認(rèn)識(shí)。全文共由如下四個(gè)章節(jié)組成：

2、
　　 第一章我們回顧了量子相干效應(yīng)在介觀體系中起主導(dǎo)作用的原因，并介紹了一些著名的量子相干現(xiàn)象。量子相干效應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程，對(duì)這類問(wèn)題的求解往往需要借助數(shù)值模擬的手段。我們介紹了一些常用的數(shù)值模擬方法，包括含時(shí)有限差分法、劈裂算符法、不含時(shí)散射矩陣法等。同時(shí)為了分析問(wèn)題的需要，我們介紹了半經(jīng)典理論和玻姆理論，他們都能為揭示量子相干過(guò)程提供直觀的物理解釋。
　　 第二章我們研究了開(kāi)口橢圓量子點(diǎn)的傳輸特性，并討論了有

3、限長(zhǎng)導(dǎo)線對(duì)量子點(diǎn)電導(dǎo)曲線的影響。應(yīng)用散射矩陣法我們計(jì)算了開(kāi)口量子點(diǎn)的電導(dǎo)曲線和傳輸波函數(shù)，通過(guò)電導(dǎo)曲線與橢圓量子點(diǎn)本征能級(jí)的比較以及傳輸波函數(shù)與量子點(diǎn)本征態(tài)的比較，我們發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)共振曲線與橢圓量子點(diǎn)的本征態(tài)存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于橢圓量子點(diǎn)本征態(tài)的特征，使得沿橢圓長(zhǎng)軸方向布置的導(dǎo)線對(duì)本征態(tài)的影響很小，每個(gè)束縛態(tài)都得以穩(wěn)定地駐留于量子點(diǎn)中并反映在電導(dǎo)曲線上。同時(shí)由于模式耦合的作用，使不同入射模式的電子波對(duì)本征態(tài)的激發(fā)具有選擇性，奇(偶)對(duì)稱的

4、入射模式只能激發(fā)奇(偶)對(duì)稱的本征態(tài)。通過(guò)比較有限長(zhǎng)導(dǎo)線器件與無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線器件的電導(dǎo)曲線，我們發(fā)現(xiàn)有限長(zhǎng)導(dǎo)線主要引入兩種效應(yīng)：加入導(dǎo)線中衰減模式對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)和在電導(dǎo)曲線平臺(tái)上附加振蕩結(jié)構(gòu)。
　　 第三章我們首次應(yīng)用了半經(jīng)典方法研究量子重現(xiàn)現(xiàn)象。我們研究了局域線性的一維無(wú)限深方勢(shì)阱體系以及非線性的一維Morse勢(shì)體系。發(fā)現(xiàn)量子重現(xiàn)現(xiàn)象在局域線性的一維無(wú)限深方勢(shì)阱中存在半經(jīng)典解析解，而且波包的重現(xiàn)只包含與兩壁碰撞偶數(shù)次的經(jīng)典軌跡的貢獻(xiàn)

5、。在Morse勢(shì)中應(yīng)用半經(jīng)典方法得到準(zhǔn)確的量子重現(xiàn)結(jié)果，這表明半經(jīng)典方法是能夠正確描述非線性系統(tǒng)中的長(zhǎng)時(shí)間量子相干行為的。通過(guò)分析經(jīng)典軌跡在相空間的分布及其相位的變化，我們發(fā)現(xiàn)波包的重現(xiàn)是由于具有不同狀態(tài)的經(jīng)典軌跡在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的演化后重歸有序排布的結(jié)果。
　　 第四章我們應(yīng)用含時(shí)方法研究了相位調(diào)制對(duì)塔爾博特(Talbot)效應(yīng)的影響，并且結(jié)合玻姆軌跡方法分析了電子波的相干過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn)只對(duì)單個(gè)狹縫作相位調(diào)制也會(huì)影響整個(gè)Talbo

6、t像的分布，而且單縫調(diào)制不改變Talbot像的空間位置，只改變其強(qiáng)度分布。對(duì)光柵相位作周期調(diào)制則起到類似于將光柵周期倍增的作用。應(yīng)用高斯型勢(shì)阱模擬STM針尖勢(shì)場(chǎng)或2DEG中施主雜質(zhì)勢(shì)場(chǎng)的作用，發(fā)現(xiàn)高斯勢(shì)阱可以會(huì)聚電子波。通過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)玻姆軌跡的演化，我們得到了與Talbot效應(yīng)經(jīng)典描述不同的解釋。經(jīng)典理論認(rèn)為每個(gè)位置的Talbot像都源于所有狹縫中出射波的貢獻(xiàn)，而玻姆軌跡卻顯示Talbot像只與近鄰狹縫中的軌跡有關(guān)。此外，Bohm軌跡的演