纳米材料中的量子输运

第５卷第４期　２０１０年４月　中国科技论文在线Ｓｃｉｅｎｃｅｐａｐｅｒ　Ｏｎｌｉｎｅ　、，０Ｉ．５　Ｎｏ．４　Ａｐｒ．２０１０　

钒氧化物一维纳米材料的构筑与电输运性能　

高　倩，麦立强，徐林，顾彦辉，胡　彬，赵云龙，韩久慧　

（武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，材料科学与工程学院，武汉４３００７０）　

摘要：钒氧化物一维纳米材料因其新颖的结构和独特的电输运等特性，在纳电子和锂离子电池等领域受到广泛的关　注和重视。基于国内外最新研究进展及本课题组的研究工作，综述了钒氧化物一维纳米材料的制备技术和电输运性能　研究。首先介绍ＴＭｏ掺杂ＶＯ２纳米线阵列的形成机理及其半导体．金属相变特性；然后介绍ＴＡｇＶＯ３－ＰＰｙ￣轴纳米电　缆和单￣ＮＨａＶ３０８纳米带器件的构筑与电输运特性。最后指出对单根钒氧化物一维纳米材料及其阵列器件的性能研究　是更深入探索此类材料的有效途径及发展方向。　关键词：一维纳米材料；钒氧化物；构筑；电输运性能　中图分类号：Ｏ６１１．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—７１８０（２０１　ｏ）０４—０３２３—９　

Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　

ｖａｎａｄｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ　

Ｇａｏ　Ｑｉａｎ，Ｍａｉ　Ｌｉｑｉａｎｇ，Ｘｕ　Ｌｉｎ，ＧｕＹａｎｈｕｉ，Ｈｕ　Ｂｉｎ，Ｚｈａｏ　Ｙｕｎｌｏｎｇ，Ｈａｎ　Ｊｉｕｈｕｉ　

（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖａｎａｄｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｈａｖｅ　ａｔｔｒａｃｔｅｄ　ｇｒｅａｔ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｍ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｌｌ　ｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅｉｒ　ｎｏｖｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｕｎｉｑｕｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　

- 1 - 量子输运讲义

《量子输运讲义》

一、量子输运的基本概念

1、什么是量子输运

量子输运（Quantum Transport）是一种用于描述粒子在真空中如何传播的量子力学理论，它为理解粒子的相互作用，特别是在微观尺度上的粒子交互提供了一个强有力的框架和方法。它主要用于分析物质中电子的运动，研究电子的相互作用、热传导、电导和其他量子效应。它也可以用于分析光子在量子级别上的传输等。

2、量子输运的原理

量子输运的基本原理是量子力学。它利用量子力学方程描述电子的状态和相互作用，用这些方程确定粒子的运动轨迹，从而推导出它们在不同条件下的传输规律。

量子输运的主要原理包括：量子力学方程、泛函理论、密度矩阵方法以及斯多夫斯波尔方程，这几种方法都可以描述物质的量子性质，解释电子间的相互作用。

3、量子输运的应用

量子输运的应用非常广泛，可以用于描述从磁性体到电子学、量子光学和量子计算机等各种物理系统中粒子的传输规律。

二、量子输运的基本方法

1、量子力学方程

量子力学方程是描述量子输运的基本方程，用来解释电子间的相 - 2 - 互作用。它通过一组非线性波动方程来描述系统，该方程可以描述粒子的运动轨迹，从而推导出它们在不同条件下的传输规律。

2、密度矩阵法

密度矩阵（Density Matrix）方法是描述量子输运的一种基本方法，它可以用来描述电子系统中的局域性和非局域性性质。它使用一个密度矩阵和一组算符，通过对一组样本系统进行叠加来描述粒子的运动，从而推导出它们在不同条件下的传输规律。

3、泛函理论

泛函理论（Functional Theory）是描述量子输运的一种重要方法，它使用一个可以用来表达电子系统在某种物理条件下的状态的函数，可以用来描述电子系统的各种性质，推导出它们运动的规律。

“纳米材料的量子效应”研究报告

目录

目录 ........................................................................................................................................... 2

概念 ........................................................................................................................................... 3

定义： ............................................................................................................................... 3

举例： ............................................................................................................................... 3

应用 ........................................................................................................................................... 3

理论应用： ....................................................................................................................... 3

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三终端量子环中热电输运性质的研究

作者：梁峰 李想 章堃尧 夏飞 骆明秋

来源：《科技与创新》2017年第08期

摘 要：利用卡文迪许格林函数方法，从理论上研究一个引入磁通，且含有Rashba自旋轨道耦合作用的三终端量子环系统中的热电输运性质。经过研究发现，系统中存在的自旋相关的量子干涉效应可以让热电输运过程变得自旋极化，进而产生热自旋流。计算结果表明，产生的热自旋流的诸多属性，比如大小和自旋极化，可以通过改变系统的参数来调控。在一定的条件下，系统在温度差的驱动下甚至可以产生完全自旋极化的电流。这些现象表明，目前研究的系统在热自旋电子学中有一定的应用价值。

关键词：量子环；热电输运；Rashba自旋轨道耦合；自旋流

中图分类号：O488 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.08.001

近十几年来，自旋电子学作为凝聚态物理中的一个新的分支受到了人们的广泛关注。研究自旋电子学的主要目的是能够在电子器件中用电子的自旋自由度代替电荷自由度来实现信息的存储、调控和传输。由于操纵电子自旋所需要的能耗要比操纵电子电荷所需要的低得多，而电子的自旋只有2个分立的本征态可以用来表示数理逻辑中的“0”和“1”，因此，这种自旋电子器件可以拥有比传统电子器件更小的功耗、更快的信息处理速度和更稳定的信息存储能力。然而，要想实现自旋电子器件这些优异的功能，还有一个关键的问题亟待人们解决，那就是如何在介观尺度下有效地实现电子自旋的输运，即获得自旋流。针对这个问题，人们已从理论上或在实验中提出了若干种解决方案。在这些方案中，磁学方法的代表是利用动态磁场驱动的自旋泵浦效应。例如，王等人曾从理论上设计出一种新型的自旋场效应晶体管，该器件可以利用旋转磁场泵浦出纯自旋流，并且可以在只连接一个终端，即在单极的情形下工作。电学的方法主要有利用多终端自旋轨道耦合系统中依赖于自旋的量子干涉效应，利用自旋轨道耦合系统中的自旋霍尔效应。这2种方法的优点是可以利用纯电学的手段来获得并操控自旋流。这其中自旋霍尔效应已在实验中得到了验证，例如，人们已在含有Rashba自旋轨道耦合作用的样品横向边界上测量到了明显的自旋积累，从而验证了样品在纵向电场的作用下产生了横向自旋流，即存在自旋霍尔效应。