量子输运理论基础-固体物理学.PDF

上讲回顾：其他输运问题 • 热导率：金属中热传导主要是电子的贡献，原 子的热振动是次要的；对Wiederman-Franz定 律的Lorenz数作了修正 • 热电势：在电子导热过程中，电子—声子散射 作用要复杂得多，不但要维持温度梯度，还要 建立电场使电流为零Seebeck效应，金属中 电子对热电动势贡献等于电子比热 • 磁电阻：Bloch 电子条件下，即把晶体中所有 电子都看作具有相同的有效质量、速度、弛豫 时间，没有磁电阻；如采用双能带模型，则  2 2       B 0 10 20 1 2 10.107.0.68/~jgche/ 2 2 2 1   量子输运理论基础     0 0       B 10 20 1 10 2 20 本讲目的：量子输运问题(基本概念、困难 及应对) • Boltzmann(分布函数)方程半经典处理方法 * Bloch电子质量为有效质量的电子 * 声子晶体中原子整体振动的能量子 * 分布函数的运动方程Bloch电子、声子之间的相 互作用满足经典运动方程 • 分子中电子输运量子输运量子方法处理 1. 关键(困难)是什么？ 2. 如何处理？ 3. 所采用的处理方法的前提是什么？ 4. 电导取何种形式？ 5. 目前尚存哪些困难？ 10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 2 本讲所涉问题：电流经过单个分子时 会发生什么？如何描写？ • 技术背景：电子器件的日益微型化， 以Boltzmann方程为基础的微电子学很 快(估计到~2020年)将要走到尽头！ • 物理背景：回答该问题的理论分子 电子学(设想的基本结构单元是分子)与 微电子学(基本结构单元是pn结)的关系 仅仅是补充？还是最终取代？ 10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 3 第31讲、专题：量子输运理论基础 1. 预备知识 2. 两个重要概念 3. Landauer公式 4. 非平衡态格林函数方法 附录、局域轨道表象中的格林函数方法 10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 4 1、预备知识：Moore定律难以持续？ 10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 5 微型化？ • 电子器件在过去的几十年里持续微型化，由于 技术和经济原因，难以再延续下去 * 光刻技术达到物理分辨率约70nm的极限 * 另一方面，新工艺设备的成本指数增长 * top-down vs. bottom-up • 1974年Ratner提出分子器件概念 * 随着STM，IBM、ATT和Siemens资助下兴起 * 近年来由于极限将至，研究又受到极大的重视 * 重要意义：分子电子器件下一代电子器件？ * bo