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纳机电系统的温度效应研究

作　者: 黄英华
导　师: 陈芝得
学　校: 暨南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 纳机电系统宏观量子效应隧穿劈裂自旋—玻色子模型
分类号: TP211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
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内容摘要

随着尺度向纳米级缩小,物体的有些宏观特性将发生改变,并会出现一些新的性质。在纳机电系统中,纳米级结构将产生新效应,如量子效应、界面效应和纳米尺度效应等。对这些新性质、新效应的深入研究是纳机电技术发展的关键。而这些新效应中,温度始终是一至关重要的因素。因此,本文中我们主要研究纳机电系统的温度效应,即温度对隧穿劈裂的影响。首先我们引进纳机电系统的物理模型,即spin-boson model的单模情况。我们对模型进行严格数值解,得出隧穿劈裂随温度的变化情况。研究结果表明:随着温度的上升,隧穿劈裂是先下降而后上升的,中间存在一个温度转变点T_t。另外,我们也给出了绝热近似结果,用来和严格数值解的比较,从而确定了绝热近似的适用条件。其次,我们用小极化子理论来解析单模模型。根据小极化子理论,隧穿劈裂由两部分组成:对角跃迁和非对角跃迁。对角跃迁导致的隧穿劈裂随温度的升高而下降并且仅能在弱耦合区域存在。另一方面,非对角跃迁导致的隧穿劈裂随温度的升高而增大并且只有在耦合强度较高时才成为主要贡献部分。因此,在低温弱耦合区域,隧穿劈裂的主要贡献者是对角部分;在强耦合区域,对角贡献被压制,非对角跃迁成为隧穿劈裂的主要贡献部分;在耦合强度趋于中间值时,随着温度的上升会出现一个相干-非相干转变。因此,我们用小极化子理论来解析严格数值解产生的温度转变点T_t,发现小极化子解析解和严格数值解得到的温度变化趋势是一致的,所以用小极化子理论能很好地解析自旋-破色子模型。同时我们也分析了小极化子解析解与严格数值解产生偏差的原因。最后,我们由单模情况推广到多模情况(即spin-boson model)。根据影响泛函理论,整个声子库对系统隧穿劈裂的影响可以表示成每个单模情况下隧穿劈裂的简单乘积,从而可以定性地得到系统隧穿劈裂随温度的变化趋势。我们用两模情况做了简单的验证,证实了简单乘积这个假设的有效性。研究结果表明:在弱耦合区域,所有声子模对两能级系统隧穿劈裂的影响都相同,即和任何一个声子模的耦合将压制隧穿劈裂,所以随着温度的上升有压制效应。这个结果表明在亚欧姆、欧姆、超欧姆情况下,隧穿劈裂随温度的上升而下降;在强耦合区域,隧穿劈裂出现相反的温度效应现象。因此,对于spin-boson model,其隧穿劈裂随温度的变化是先下降再上升的,这就是我们这篇论文的创新点。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-9
1 引言  9-20
  1.1 纳米科学技术概述  9-12
  1.2 NEMS概述  12-15
  1.3 NEMS的物理模型以及研究内容  15-17
  1.4 宏观量子隧穿研究现状  17-18
  1.5 本论文的研究内容  18-20
2 严格数值解和绝热近似  20-31
  2.1 严格数值解和能级图  22-26
  2.2 绝热近似  26-31
3 隧穿劈裂随温度变化  31-53
  3.1 零温情况  31-32
  3.2 有限温度情况  32-35
  3.3 小极化子理论解析解  35-46
  3.4 相干-非相干跃迁  46-50
  3.5 偏置对相干-非相干转变的影响  50-53
4 spin-boson model中温度对量子隧穿的影响  53-64
  4.1 spin-boson model的隧穿劈裂  53-55
  4.2 量子隧穿的温度效应  55-64
5 总结  64-67
参考文献  67-71
在学期间发表论文清单  71-72
致谢  72

纳机电系统的温度效应研究

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