[发明专利]一种增强环形量子点结构中自旋热电势的方法

说明书

本发明公开了一种增强环形量子点结构中自旋热电势的方法，该方法通过将三个半导体量子点耦合成环形结构，并对与量子点连接的两侧电极施加热辐射，让环形量子点结构中存在温度梯度；如果在连接量子点的隧道结上施加磁场，则量子点之间的耦合强度可以变得和自旋自由度有关，从而不同自旋方向的电子流经量子点结构时，会发生不同的干涉效应，使得自旋向上和自旋向下热电势的尖峰在量子点能量空间分开，从而获得纯热电势；通过调整结构参数，可以让环形量子点结构的自旋热电势进一步增强，为设计快速响应、高效低能耗和灵敏温度探测提供基础；优于传统的电荷热电势，突破了热电效率低下的限制，且适用于自旋过滤装置或热电转换领域。

技术领域

本发明涉及一种自旋热电势增强方法，特别是一种增强环形量子点结构中自旋热电势的方法。

背景技术

在三十多年前，自旋电子学的研究课题开始兴起，其着眼于铁磁材料中，用栅极电压和自旋轨道相互作用的帮助下控制电子的自旋，事实上，随着这一领域的发展，已经有研究致力于热和自旋流之间的相互作用，导致了自旋塞贝克效应(自旋热电效应)的出现，该领域重点研究如何借助温度梯度产生自旋流(或自旋压)，通过将自旋流转换为电荷电流，让绝缘体中的热能转换为相邻导体中的电能，而热电效应的主要研究任务是控制纳米器件中生成的热量和基本载流子的运动，低维系统中的热电转换效率可通过量子限制效应产生的典型形状态密度、抑制界面的声子热导率和强而可调的电子间库仑相互作用而增强，这和大块体材料中的情况完全不同，因为此时电子的热导率和电导率比值在所有系统中都是常数，因此热电效率和热电势都很难提高，而在低维系统中，由于量子限制效应，热电转换效率以及热电势的值都会明显提高，通常的热电势(thermopower)是指当器件的两端有温度差时，在开路的条件下产生的电压，或者在闭路条件下产生的电流，也称电荷电动势，是热电效应中的一个物理量，电荷热电势的实质是表明器件两端的温度差会使电子处于不同的费米能级；近年来，研究者发现在包括铁磁体的多种材料中，温度差还会使得不同自旋方向的电子处于不同的费米能级，即产生自旋热电势，用自旋朝上和自旋朝下电荷热电势的差值表示，这种效应在设计快速响应、高效低能耗、灵敏温度探测方面具有广泛的应用前景，在现阶段，自旋塞贝克效应的热电效率依旧很小，值相比于通常的电荷热电势较弱，极大地限制了其应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种有效、稳定性强的增强环形量子点结构中自旋热电势的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种增强环形量子点结构中自旋热电势的方法，该方法的步骤如下：

(1)、将三个或三个以上的半导体量子点通过隧道结耦合成环形量子点结构；

(2)、通过阴极探针对环形量子点结构进行X、Y和Z三个方向的空间限制；

(3)、在环形量子点结构的两侧安设与外电路相连接的左电极和右电极，然后在左电极和右电极施加热辐射，令左电极和右电极之间具有温度差；

(4)、往环形量子点结构注入电子，让自旋朝上与自旋朝下的电子在环形量子点结构的自旋相关耦合以及热势差的影响下发生分离，且分别往左电极与右电极方向移动，让环形量子点结构的自旋热电势进一步增强。

所述步骤1的半导体量子点粒径范围是2nm～1μm。

所述步骤3的热势差取值范围是5K～18K。

本发明的有益效果是：本发明能让环形量子点结构的自旋热电势进一步增强，使得自旋热电势在具备快速响应、高效低能耗和灵敏温度探测的特征下，优于传统的电荷热电势，突破了热电效率低下的限制，且适用于自旋过滤装置或热电转换领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的模型结构示意图；