低维纳米材料量子热输运与自旋热电性质——非平衡格林函数方法的应用

低维材料不断涌现的新奇性质吸引着科学研究者的目光.除了电子的量子输运行为之外,人们也陆续发现和确认了热输运中显著的量子行为,如热导低温量子化、声子子带、尺寸效应、瓶颈效应等.这些小尺度体系的热输运性质可以很好地用非平衡格林函数来描述.本文首先介绍了量子热输运的特性、声子非平衡格林函数方法及其在低维纳米材料中的研究进展;其次回顾了近年来在一系列低维材料中发现的热-自旋输运现象.这些自旋热学现象展现了全新的热电转换机制,有助于设计新型的热电转换器件,同时也给出了用热产生自旋流的新途径;最后介绍了线性响应理论以及在此理论框架下结合声子、电子非平衡格林函数方法进行的一些有益的探索.量子热输运的研究对热效应基础研究以及声子学器件、能量转换器件的发展有着不可替代的重要作用.

自旋Seebeck效应实验研究进展

自旋Seebeck效应是自旋热电子学(Spin caloritronics)领域中反映自旋流和热流之间相互作用关系的重要物理现象。它具有重要的科学研究价值和深远的应用前景,得到了国内外相关研究组织的广泛关注。通过对自旋Seebeck效应的研究意义进行简单介绍,重点分析了由热流激发自旋波(自旋流)引起的自旋Seebeck效应的物理机制,并对其探测方法以及现阶段存在的问题进行了着重阐述。

钒边缘修饰扶手椅型硅烯纳米带中的自旋输运

利用结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法的第一性原理模拟计算,系统地研究了边缘钒原子钝化的扶手椅型硅烯纳米带(ASi NR)的自旋输运性质。采用过渡金属钒和卤族氟原子对ASi NR边缘进行修饰,设计了三种新型的晶体结构。通过构造相应的两极器件系统并计算模拟出不同电极磁化构型下的电子透射谱,发现它们都具有自旋过滤和巨磁电阻效应。此外,在电极反铁磁构型(AFM)下,温度处于-223≤T≤-123℃时,其中一个系统表现出较好的自旋热电效应。

圆偏振光场调控的锡烯纳米带热自旋输运

利用非平衡格林函数方法理论研究了光场和电场对锡烯纳米带自旋相关热电效应的影响.研究表明,热电电流的性质和强度可以通过圆偏振光场的强度和偏振化方向进行有效调控.在较强的左旋圆偏振光场和电场的共同作用下,锡烯自旋向下的边缘态发生相变形成带隙,通过温度梯度的驱动可以获得100%极化的自旋向下的自旋流.当施加右旋偏振光时,自旋向上的边缘态被破坏,可以产生完全极化的自旋向上的热自旋流.在较弱的外场作用下,边缘态的性质不发生改变,系统不对外输出热电电流.此外,研究表明热自旋流的大小与带隙的宽度有关,适度地增加温度可以显著增大热自旋流的峰值,但是较高的平衡温度和温度梯度将抑制自旋热电效应.