通过多量子点阿哈罗诺夫-玻姆热机中的传输函数设计实现热电性能的相干调控
该研究团队从理论层面探究了利用量子干涉效应优化多量子点阿哈罗诺夫-玻姆(AB)热电引擎中品质因数ZT值、功率输出及热力学效率的策略。基于非平衡格林函数理论,研究证实可通过器件几何结构、磁通量及量子点-导线耦合等参数调控各类干涉效应(如法诺型非对称性、类迪克超辐射/亚辐射模式、多峰传输光谱),从而构建兼具洛伦兹线型、矩形谱及法诺线型特征的混合传输特性。这种人工设计的传输特性能够兼顾尖锐洛伦兹共振的高效率与矩形谱的高功率输出,实现近乎最优的功率-效率平衡。
针对正方形、五边形及六边形对称排列的量子点阵列,研究人员发现当耦合强度比t/γ≈2(t为点间隧穿振幅,γ为点-导线耦合强度)时,系统可获得最佳的功率效率平衡。特别值得注意的是:六量子点构型在稀释制冷温度下可实现ZT值~30;四量子点结构则能达到卡诺效率76%并输出4.74飞瓦功率。研究还揭示了高ZT值区域与维德曼-弗朗兹定律最大破缺程度之间的直接关联。通过引入源漏耦合非对称性,系统的效率与功率可被同步提升。尺度分析表明:效率随量子点数量增加呈系统性提升,而功率输出则在中等规模体系达到峰值。
这些发现确立了多量子点纳米结构中相干调控作为实现高性能量子热电引擎的有效途径,对超低功耗电子器件应用具有特殊意义。
