Single-molecule Electronics: Cooling Individual Vibrational Modes by the Tunneling Current
由单分子组成的电子器件构成了电子元件不断缩小规模的最终极限。单分子电子学的一个关键挑战是控制这些结的温度。在个别振动模式中控制加热和冷却效应，原则上可以用于增加偏置下的单分子结的稳定性，将能量泵入特定的振动模式以进行电流诱导反应，或者通过抑制吸收和外部耗散过程来控制分子中声子的寿命来增加非弹性电子隧穿光谱中的分辨率。在偏压下，电流和分子交换能量，这通常导致分子加热。然而，相反的过程也是可能的，其中能量通过隧穿电流从分子中提取。设计一种分子“散热器”，其中特定的振动模式将热量从分子中导出并进入引线将是非常可取的。我们甚至可以想象，在分子设计正确的情况下，其他振动模式的振动能量是如何进入“冷却模式”的。以前的努力，以了解加热和冷却机制，在单分子结，主要是关注小模型，其中不清楚它们对应的分子系统。在本文中，我们的重点是抑制加热和获得电流诱导冷却在某些振动模式。提出了冷却单分子结振动模的策略，以及基于这些策略的原子计算。在原子单分子结的计算中，观察到两种不同冷却方案的冷却和减少加热。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall
Vibrationally-mediated molecular transistors
我们研究了通过一个悬浮的二聚体分子耦合到铅的稳态电子输运。当强耦合到振动模式时，电子输运在声子共振频率和高阶共振处增强。温度和偏压决定了声子辅助共振的性质，具有清晰的吸收和发射峰。强耦合也诱导了类似Frank-Condon的阻断，抑制了共振之间的电流。我们比较了分析极化子变换方法的两个精确的数值方法：运动方程的层次和精确对角化的Fock基础。在稳态下，我们的两个数值结果是一个精确的匹配，定性地反映了极化子处理的主要特点。我们的研究结果表明，一种新型的分子晶体管或传感器的电流可以是非常敏感的二聚体中的电子态的能量的微小变化的可能性。
2012-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Dissipative tunneling and orthogonality catastrophe in molecular transistors
运输通过分子器件与弱隧道耦合的引线，但与强耦合到一个单一的振动模式被认为是在振动被阻尼耦合到环境的情况下。特别是，我们研究了分子上的电荷对环境的振动模式的静电耦合对$I$ - $V$特性的影响。我们发现，对于可比的特征长度尺度的范德华力和静电相互作用的分子与环境的振动模式，$I$ - $V$的特性是定性的改变，人们会期望从正交性的灾难和开发一个阶梯状的不连续性的开始传导。对于非常不同的长度尺度的情况下，我们恢复耗散符合建模的静电力作为一个外部的影响，由分子和基板组成的系统，这意味着正交性突变的外观，在符合以前的结果。
2004-04-09 cond-mat.mes-hall
Quasiparticle cooling of a single-Cooper-pair-transistor
超导隧道结用于直接从单库珀对晶体管的一个引线中提取准粒子。准粒子密度的随之而来的减少导致准粒子隧穿到器件上的速率较低。该速率通过射频反射计直接测量。局部冷却可以直接有利于减少准粒子对相干超导纳米结构的影响。
2008-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Vibrational cooling and thermoelectric response of nanoelectromechanical systems
纳米机电学的一个重要目标是冷却振动运动，理想情况下冷却到其量子基态。通过所施加的充电电流进行冷却是特别简单的，因此对于该效果是有吸引力的策略。在这里，我们探讨这种现象的背景下，一般理论的热电。在线性响应中，该理论根据其冷却效率和品质因数ZT来描述热电制冷器。我们表明，这两个概念结转到纳米机电系统中的声子冷却。作为一个重要的结果，这使我们能够讨论声子制冷机的效率与基本卡诺效率。我们通过彻底研究一个简单的双量子点模型来说明这些一般概念，该模型具有非常现实的实验和理论分析的双重优势。具体来说，我们得到的效率，品质因数，和有效温度的振动运动在两个制度的结果。在振动运动快于电子自由度的量子区域中，我们可以用主方程描述模型的电子和声子动力学。在互补的经典制度的慢振动运动，动力学描述在一个适当的朗之万方程。值得注意的是，我们发现，效率可以接近最大卡诺值的量子制度，与大的相关的品质因数。相比之下，效率通常远离经典状态中的卡诺极限。我们的理论结果应提供指导，在实验室中实施有效的振动冷却的纳米机电系统。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall
Resonant Electron Transport in Single-Molecule Junctions: Vibrational Excitation, Rectification, Negative Differential Resistance and Local Cooling
分析了单分子结共振电子输运中的振动子效应。这项研究是基于分子结的通用模型，其中包括振动耦合和库仑相互作用的分子桥上的电子状态。输运计算采用主方程法。结果，获得了一系列的模型与日益复杂的，显示了许多有趣的传输现象，包括振动激发，整流，负微分电阻（NDR）以及局部冷却。虽然其中一些现象已经观察到或提出之前，本分析扩展了以前的研究，并允许更详细地了解基本的传输机制。特别是，它表明，许多观察到的现象只能解释，如果考虑到在分子-铅界面的电子-空穴对创建过程。进一步分析了多电子态系统中的电子振动效应及其对分子结稳定性的影响。
2010-10-24 cond-mat.mes-hall
Vibrational Instability due to Coherent Tunneling of Electrons
研究了单电子晶体管两引线间量子点的机械振动与量子点中电子通过单能级的相干隧穿之间的耦合效应。我们已经发现，超过一定的临界值的偏置电压的动态不稳定性发生和机械振动的点发展成一个稳定的极限环。计算了这种晶体管的电流-电压特性，它们似乎与Park等人最近对单$C_{60}$分子晶体管的实验结果相当吻合。（Nature { \bf 407，}（2000）57）。
2002-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
A graphene Zener-Klein transistor cooled by a hyperbolic substrate
冷却机制的工程化是纳米电子学中的瓶颈。尽管扩散石墨烯中的热交换主要由缺陷辅助的声学声子散射驱动，但六方氮化硼（hBN）上的高迁移率石墨烯的情况完全不同，其中来自衬底的远程声子的贡献显著。在具有局部栅极的hBN晶体管上的双层石墨烯在其中通过在高偏压下补偿载流子密度和Zener-Klein隧穿（ZKT）的降低来实现几乎完美的电流饱和的状态下被驱动。使用噪声测温，我们表明，这种齐纳-克莱因隧道触发一个新的冷却途径，由于双曲声子极化激元（HPP）的发射hBN的超普朗克制度以外的平衡电子-空穴对。ZKT传输和HPP冷却的组合促进了BN晶体管上的石墨烯作为功率器件和RF电子器件的有价值的纳米技术。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall
The Kondo effect in C$_{60}$ single-molecule transistors
我们使用电迁移技术来制造基于C $_{60}$的单分子晶体管。我们详细的过程统计和协议，用于推断成功形成的单分子晶体管。在低温下，每个晶体管在库仑阻塞状态下充当单电子器件。微分电导中的共振表明与已知的C $_{60}$模式一致的振动激发。在几个设备中，我们观察到的近藤效应，一个相干的多体状态，包括通过交换耦合到导线的传导电子的分子上的不成对的自旋特性的电导功能。推断的近藤温度通常超过50 K，和签名的振动模式持续到近藤制度。
2003-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Brownian thermal transistors and refrigerators in mesoscopic systems
涨落在介观系统中是重要的，在理解量子输运中特别重要。在这里，我们表明，波动可以被认为是开放量子系统作为功能设备的操作的资源。在高斯涨落框架下，推导了热晶体管放大因子和制冷机效率的统计表达式。随机热晶体管的统计特性和冷却加热效率揭示在线性响应制度。我们阐明了介观系统中非弹性过程对热输运的独特作用。我们进一步表明，弹性和非弹性过程导致不同的边界的基础上的线性输运系数，建立一个通用的理论框架介观热输运，它对待电子和玻色子集体激发在一个平等的立足点的方式。基本的物理学是用一个双量子点三端系统来具体说明的，尽管该理论适用于更一般的系统。
2020-07-02 cond-mat.mes-hall
Phonon Squeezing in a Superconducting Molecular Transistor
考虑了在存在与电荷耦合的局域振动模的情况下，通过单分子或碳纳米管的约瑟夫森输运。在大超导能隙的限制下精确地得到了基态解，并通过变分分析推广到一般情况。相干电荷涨落与非经典声子态纠缠。约瑟夫森电流引起声子模的压缩，这是由超导相位差和结的不对称性控制的。简要讨论了非经典声子态的光学探测。
2006-09-28 cond-mat.mes-hall
Vibrational cooling, heating, and instability in molecular conducting junctions: Full counting statistics analysis
我们用全计数统计方法研究了施主-受主整流分子结中电流诱导的振动冷却、加热和不稳定性。在我们的模型中，电子空穴对激发耦合到一个给定的分子振动模式，这是谐波或高度非谐波。该模式可以进一步耦合到耗散热环境。采用主方程的方法，我们确认了稳态极限下的电荷和热交换涨落定理，谐波和非谐波模型。利用简单的解析表达式，我们计算了充电电流和几个措施的模式有效温度。在低偏压下，我们观察到的偏置诱导冷却的振动模式的效果。在较高的偏压下，模式有效温度高于环境温度，但结是稳定的。除此之外，一旦振动模式（偏置诱导）激发速率超过其弛豫速率，不稳定性就会发生。我们确定制度的不稳定性作为一个功能的电压偏置和耦合到一个额外的声子热浴。有趣的是，我们观察到一个重入的行为，一个不稳定的结可以在足够高的偏置正确的行为。讨论了这种行为的机制。
2012-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Dephasing of electrons in the Aharonov-Bohm interferometer with a single-molecular vibrational junction
本文用Aharonov-Bohm干涉仪研究了电子通过机电晶体管时的相位弛豫。利用量子主方程方法，从干涉条纹的角度对电子的相位特性进行了数值分析。电子的相干性部分地被其在本机纳米机械振荡器的激发能级上的散射破坏。相对于两个相邻机械振动能级的透射振幅具有$π$的相位差。$π$相移的特性仅取决于振荡器的频率，并且对于所施加的电压、隧穿长度和机械振荡器的阻尼率的大范围变化是鲁棒的。
2013-04-21 cond-mat.mes-hall
Cooling a magnetic nanoisland by spin-polarized currents
利用磁化强度和振动之间的相互作用，研究了自旋极化隧穿电荷流对磁性量子点振动模的冷却。自旋极化的电荷电流使磁性纳米岛极化，降低其能量。由于充电电流流动而不可避免的欧姆能量损失将加热振动。振动和局部磁矩之间的小但有限的耦合于是允许能量交换，导致较低的能量，即，冷却，振动模式。我们确定的参数制度的振动低于其初始值的$50\%$的冷却。最低的最终声子温度观察弱的电子-声子耦合，但类似的磁化-声子耦合强度。因此，冷却速率首先随着磁化-声子耦合而增加，然后饱和。
2014-09-02 cond-mat.mes-hall
Mesoscopic supercurrent transistor controlled by nonequilibrium cooling
提出了超导体-绝缘体-正常金属-绝缘体-超导体（SINIS）介观线中非平衡态下存在的独特准粒子分布，作为控制长约瑟夫森弱连接中超电流强度的新工具.我们提出了一个描述这个系统的扩散极限准经典格林函数理论的框架，并考虑到非弹性散射的影响与任意强度。超电流的增强和抑制，包括一个显着的过渡到一个$π$结是一个完全可调结构的显着特点。的非平衡度，温度和材料的选择，以及像噪声，开关时间，电流和功率增益的功能的作用也得到了解决。
2004-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Kinetic Equations for Transport Through Single-Molecule Transistors
我们提出了明确的动力学方程的量子输运通过一个一般的分子量子点，占所有的贡献，直到第四阶微扰理论的隧道哈密顿量和完整的分子密度矩阵。这样一个完整的治疗不仅描述了顺序，cotunneling和对隧道，但也包含有助于重整化的分子共振，以及它们的增宽的条款。由于后者的扰动展开中的所有条款都自动定义为任何一组系统参数，没有发散发生，不需要手动正则化。此外，我们表明，在第二阶微扰理论，在第四阶，它是必不可少的帐户之间的非简并态的量子相干性，进入理论通过非对角元素的密度矩阵。作为第一个应用程序，我们研究了一个单分子晶体管耦合到本地化的振动模式（安德森-荷尔斯泰因模型）。我们发现，cotunneling辅助顺序隧穿过程中涉及的振动引起电流峰值，即在库仑阻塞制度的负微分电导。这样的峰值发生在交叉强电子振动耦合，其中非弹性cotunneling竞争与弗兰克-康登抑制顺序隧穿，从而表明电子振动耦合的强度。的峰值敏感地依赖于耦合到耗散浴，从而也提供了一个实验探针的振动运动的Q-因子。
2009-02-26 cond-mat.mes-hall
Phonon Cooling and Lasing with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们研究了氮空位杂质与金刚石纳米谐振器共振模式之间的应变诱导耦合。我们表明，在近共振激光激发下的杂质的电子态，这种耦合可以修改的状态的谐振腔和冷却的谐振腔接近的振动基态或驱动到一个大振幅相干态。我们推导出一个半经典模型来描述这两种效果，并评估在各种驱动条件下的谐振器模式的稳态。特别是，我们发现，通过利用近简并电子态之间的共振单声子和多声子跃迁，耦合到高频振动模式可以显着增强和主导的内在机械耗散。我们的研究结果表明，一个单一的氮空位杂质可以提供一个通用的工具来操纵和探测纳米金刚石结构中的单个声子模式。
2013-08-27 cond-mat.mes-hall
Sequential electron transport and vibrational excitations in an organic molecule coupled to few-kayer graphene electrodes
石墨烯电极是通过新的电极-分子锚定策略来提高分子电子学中的再现性和稳定性的有希望的候选者。在这里，我们报告了顺序电子输运在几层石墨烯晶体管含有个人姜黄素为基础的分子锚定的电极通过π-π轨道键合。我们表明，由于中间分子-电极耦合的非弹性共隧穿激发与单电子输运物理的共存，我们认为，中间电子-声子耦合是这些振动辅助激发的起源。这些实验观察与密度泛函理论计算的补充模型电子输运和姜黄素分子的电子和振动模式之间的相互作用。我们发现，计算的分子的振动模式与实验观察到的激发。
2016-02-04 cond-mat.mes-hall
Mode-selective vibrational excitation induced by nonequilibrium transport processes in single-molecule junctions
在有限偏压下的纳米级分子结中，振动能的分子内分布可以强烈地偏离热平衡分布，并且可以以可控的方式选择性地激发特定的振动模式，而不管相应的模式频率。这表明与本地化的电子状态的非对称分子结的通用模型，采用主方程以及非平衡格林函数的方法。它示出，施加的偏置电压控制耦合到这些状态的特定振动模式的激发，通过调整它们的电子布居，这会影响由于与引线的能量交换的振动冷却过程的效率。
2010-06-24 cond-mat.mes-hall
Insights into vibrational and electronic properties of MoS$_2$ using Raman, photoluminescence and transport studies
我们回顾了单层和多层MoS $_2$的振动和电子性质，以了解它们的共振和非共振拉曼散射结果。特别是，光学模式和低频剪切和层呼吸模式显示出显着的依赖于MoS $_2$层的数量。此外，在场效应晶体管中使用顶选通实现的MoS $_2$单层的电子掺杂由于依赖于电子-声子耦合而不同地使两个光学模式A $_{1g}$和E $^1_{2g}$重新归一化。与载流子迁移率，肖特基势垒在MOS $_2$ -金属接触垫和介电环境的修改的问题得到解决。讨论了单层MoS $_2$在布里渊区K点处的两个激子的直接光学跃迁及其随温度和压力的稳定性。最后，讨论了准粒子（trion）谱移的费米能级依赖性。
2014-11-01 cond-mat.mes-hall
Vibrationally Induced Decoherence in Single-Molecule Junctions
采用非平衡格林函数方法研究了单分子结中电子输运的量子干涉效应和电子振动耦合的相互作用。我们的研究结果表明，非弹性过程导致，在一般情况下，淬火的量子干涉效应。这种淬灭对于增加偏置电压和振动激发水平更明显。由于这种振动诱导的退相干，在分子接触的传输特性的振动签名可能会强烈偏离一个简单的弗兰克-康登图片。这包括共振和非共振传输机制中的签名。此外，它示出，通过电子-空穴对创建过程的局部冷却可以深刻地影响输运特性，从而引起电流的显着的温度依赖性。
2013-02-05 cond-mat.mes-hall
An investigation into the feasibility of myoglobin-based single-electron transistors
采用低温电迁移制备的纳米间隙铂电极研究了肌红蛋白单电子晶体管。脱辅基肌红蛋白（不含血红素的肌红蛋白组）用作参考。结果表明，单电子输运介导的共振隧穿与电子和振动水平的血红素基团在一个单一的蛋白质。它们还代表了一个原理证明，即在纳米间隙电极上具有氧化还原中心的蛋白质可用于制造单电子晶体管。蛋白质的取向和构象可能会显着影响这些设备的电导。器件再现性和产量的未来改进将需要控制这些因素。
2012-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Vibrational assisted conduction in a molecular wire
我们提出了一个详细的研究的导电性能的分子线之间的电子站点的跳跃过程耦合到一个振动模式的分子。后者在有限的温度下夹在两个电子引线之间。我们表明，机电耦合可以导致一个强大的增强引线到引线的传导。此外，在分子振动模式的适当驱动下，该器件可以充当从增强导电急剧过渡到短路配置的晶体管。
2017-05-23 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
Voltage-driven superconducting weak link as a refrigerator for cooling of nanomechanical vibrations
我们考虑了一种新型的冷却机制，悬浮纳米线作为一个薄弱环节之间的两个双电极。通过在系统上施加偏置电压，我们表明，该系统可以被看作是一个冰箱的纳米机械振动，其中能量是不断转移的振动自由度的扩展准粒子态的铅通过周期性调制的安德烈耶夫能级分离。负责这种能量传递的电子和机械自由度之间的必要耦合可以通过外部磁场或电场来实现，并且示出导致振动纳米线的有效冷却。使用现实的参数为一个悬浮的纳米线的形式的金属碳纳米管，我们分析的密度矩阵的演变，并证明了可能性冷却系统到一个固定的振子人口的$\sim 0.1$。此外，研究表明，纳米线振动模式的静态占据可以直接从负责带走振动纳米线吸收能量的直流电流中探测到。
2010-04-06 cond-mat.mes-hall
Elimination of negative differential conductance in an asymmetric molecular transistor by an ac-voltage
本文利用{ \em Tien-Gordon-type}速率方程分析了非绝热偏压作用下非对称单分子量子点的共振隧穿。我们的研究结果清楚地展示了光子辅助卫星的外观在电流-电压特性和消除热声子诱导的负微分电导与交流驱动幅度的增加，为非对称系统。这可归因于非对称系统中的非平衡（热）声子的{ \em ac诱导抑制}。
2007-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Vibrationally dependent electron-electron interactions in resonant electron transport through single-molecule junctions
我们调查的作用，电子振动耦合共振电子输运通过单分子结，考虑到相应的耦合强度可能取决于电荷和激发态的分子桥。在存在多个电子态的情况下，这需要扩展常用的模型，并包括振动依赖的电子-电子相互作用。我们使用Born-Markov主方程的方法，并考虑选定的模型来验证额外的相互作用对单分子结的输运特性的影响。特别是，我们表明，它有一个显着的局部冷却和加热机制的影响，可能会导致负微分电阻，并导致显着的不对称性的电导图的单分子结。
2015-08-10 cond-mat.mes-hall
Ground state cooling of nanomechanical resonators by electron transport
我们讨论了两个理论上的建议，控制非平衡稳态的纳米机械谐振器使用量子电子输运。具体点？我们分析了实现耦合到嵌入在（i）自旋极化接触或（ii）正常金属和超导接触之间的量子点的机械振动的基态冷却的两种方法。假设振动模式和量子点中的电子的电荷或自旋之间存在合适的耦合，我们表明，机械振荡器的基态冷却是在作为机电设备操作的悬浮碳纳米管量子点的现有技术范围内。
2019-07-29 cond-mat.mes-hall
Anomalous zero-temperature magnetopolaronic blockade of resonant electron tunneling in Majorana-resonant-level single-electron transistor
研究了耦合到两个半无限$g=1/2$ Tomonaga-Luttinger液体（TLL）的单能级振动量子点的Majorana共振能级（MRL）模型的磁极化子推广.在相应平均值的费米子玻色子因式分解的假设下，得到了一个新的非平凡的共振磁极化子辅助隧穿有效透射系数和微分电导的定性公式.这种方法适用于弱磁极化子耦合的情况。令人惊讶的是，它被发现，尽管在这种情况下，假设的费米和玻色子子系统之间的相互作用的弱点，在系统中的强关联电子运输揭示了强（因此，异常）磁极化子封锁在零温度下，如果振动量子的能量是最小的（但非零）的能量参数在系统中的功能。这种效应应该被称为Andreev型的磁相位相干磁极化子辅助共振隧穿，它起源于磁极化子耦合隧道哈密顿量的特殊的马约拉纳对称性。本文预测的效应可以作为单电子晶体管中Majorana共振能级情况的实验指纹，以及用于检测悬浮碳纳米管在电子隧穿通过相应的单电子晶体管的Majorana共振能级制度中的超慢零点振荡。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall
Cooling molecular electronic junctions by AC current
在分子电子结中流动的电子电流将大量的能量耗散到振动自由度，使化学键应变和断裂，并且通常迅速破坏分子器件的完整性。分子电子结臭名昭著的机械不稳定性严重限制了性能和寿命，并对单分子电子的技术可行性提出了质疑。在这里，我们提出了一个实用的计划，通过应用程序的交流电压在一个大的，静态的操作直流电压偏置冷却的分子振动温度。使用非平衡格林函数，我们计算的粘性和扩散系数所经历的核周围的周期性驱动，载流电子的非平衡“海”。通过平衡粘滞系数和扩散系数，推导出了有效分子结温。我们的计算表明，在保持相同的平均电流的同时，实现超过40%的分子结温度冷却的机会。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Ground-state cooling of a carbon nanomechanical resonator by spin-polarized current
研究了由两个铁磁体接触的悬浮碳纳米管量子点实现的量子力学谐振器的非平衡稳态。由于自旋-轨道相互作用和/或外部磁场梯度，点上的自旋直接耦合到弯曲本征模。因此，纳米机械运动引起隧穿电子的非弹性自旋翻转。有限偏置电压下的自旋极化电流导致机械模式的加热或主动冷却。我们表明，最大的冷却是在共振输运时，两个点之间的能量分裂的相反的自旋等于振动频率。即使对于弱的电子谐振器耦合和中等的极化，我们也可以用引线的温度（例如，$T=10ω$）实现基态冷却。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall
Quantum Shuttle Phenomena in a Nanoelectromechanical Single-Electron Transistor
当电子隧穿长度远大于中心岛的零点振荡幅度时，对纳机电单电子晶体管中的量子穿梭现象进行了理论分析.结果表明，当耗散低于某一阈值时，中心岛的振动基态是不稳定的。这种不稳定性发展的稳定状态进行了研究。研究发现，当两引线间的电场${\cal E}$远大于特征值${\cal E}_q$时，准经典穿梭图像得以恢复，而当${\cal E}\ll{\cal E}_q$大于特征值${\cal E}\ll{\cal E}_q$时，穿梭振动出现新的量子态.我们表明，在后一种制度小的量子涨落导致大（即有限的限制$\hbar \to 0$）穿梭振动。
2004-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Optomechanical sideband cooling of a thin membrane within a cavity
我们提出了一个实验研究的动态反作用冷却的基本振动模式的薄的非透明膜放置在一个高精细光学腔。我们研究了辐射压力相互作用如何改变振动模式的力学响应，实验结果与耦合动力学的朗之万方程描述一致。实验是在解析边带机制中进行的，我们观察到冷却因子为350。我们还观察到与腔模频率相对于有效膜位置的扩展中的二次项相关的机械频移，这在其他腔光机设备中通常可以忽略不计。
2012-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultra-low dissipation Josephson transistor
提出了一种基于超导微制冷器的超导-正常金属-超导（SNS）晶体管。所提出的4端器件由长SNS约瑟夫森结组成，其N区另外通过隧道势垒对称地连接到超导储层（I）。偏置SINIS线允许修改弱连接中的准粒子温度，从而控制约瑟夫森电流。我们表明，在适当的电压和温度制度，大的超电流增强可以实现相对于平衡，由于电子“冷却”所产生的控制电压。该结构固有的极低功耗使该器件适用于许多电子应用。
2003-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
On the Cooling of Electrons in a Silicon Inversion Layer
实验研究了硅金属氧化物半导体场效应晶体管中二维电子的冷却。冷却到晶格被认为是更有效的比预期的从体硅中的电子-声子耦合。出乎意料的是，在低温下提取的热传递速率声子取决于电子温度立方，这表明压电耦合（不存在体硅）占主导地位的变形潜力。根据我们的研究结果，在100 mK，电子远离0.1毫米的接触主要是由声子冷却。使用长的设备和低的激励电压，我们测量电子电阻率下降到100 mK，并发现一些“金属”曲线，早先报道，在300 mK以下变成绝缘。这一发现使得所要求的2D金属-绝缘体转变的定义值得怀疑。分析了硅器件中以前的低温测量结果，并提供了评估其电子温度的经验法则。
2001-08-07 cond-mat.mes-hall
Active electron cooling of graphene
本研究提出了一种基于石墨烯的热 transistor，利用纳米级超导隧道接触实现电子的主动冷却，展示了在低温下提高量子设备性能的潜力。
2025-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Transport properties of a superconducting single-electron transistor coupled to a nanomechanical oscillator
我们研究了超导单电子晶体管电容耦合到纳米机械振荡器的双约瑟夫森准粒子共振。两个相干的库珀对隧穿事件的存在下，导致显着的反作用效果。测量电流和散粒噪声提供了获得关于振荡器状态的信息的直接方式。除了线性响应制度的分析讨论，我们讨论和比较高阶近似方案和完全数值解的结果。我们发现机械谐振器的冷却是可能的，并且在低耦合下存在驱动和振荡态。最后，我们还讨论了超导单电子晶体管的电荷噪声和电流噪声的频率依赖性。
2009-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Noise performance & thermalization of single electron transistors using quantum fluids
本文报道了浸没在超流$^4$ He中的单电子晶体管（SET）的低温噪声测量。该设备作为一个电荷敏感的静电计能够检测到的波动带电缺陷在密切接近设置。特别是，我们测量电报开关的电流通过设备起源于一个强耦合的个人两级波动。通过将该装置嵌入超流氦浸没单元中，我们能够系统地控制SET周围的热化环境，并研究超流对SET噪声性能的影响。我们发现，超流$^4$ He的存在可以通过冷却周围的声子浴来强烈抑制缺陷的开关速率。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperbolic Phonon Polariton Electroluminescence as an Electronic Cooling Pathway
冷却机制的工程化是纳米电子学发展的关键。尽管辐射冷却在当今的电子设备中是相当低效的，但是2D材料的强各向异性允许增强的效率，因为它们在声子共振附近的双曲电磁色散允许它们维持大得多的（$\sim 10^5$）数量的辐射通道。在这篇综述中，我们解决了辐射冷却的二维材料，特别是石墨烯六方氮化硼（hBN）异质结构。我们提出了由于各向异性引起的电磁波的双曲色散，并描述了二维电子通道中电流的自发涨落如何在其双曲周围介质中辐射热能。我们表明，这两个制度（i）热电流波动和（ii）出平衡电流波动可以描述的传输线理论的框架内，导致（i）超普朗克热发射和（ii）电致发光冷却。我们讨论了最近的实验研究石墨烯对hBN晶体管使用电子噪声测温。在高迁移率半金属如石墨烯中，在大偏压下，由电子的恒定齐纳隧穿导致稳态失衡情况，从而打开双曲电磁模式的电致发光路径。实验表明，与超普朗克热发射相比，一旦达到齐纳隧穿机制，电致发光冷却就特别突出：观察到的冷却功率比传统LED大9个数量级。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall
Cooling a charged mechanical resonator with time-dependent bias gate voltages
我们展示了一个纯电子冷却方案，通过精心调谐电极上的偏置栅极电压，将带电机械谐振器（MR）冷却到接近振动基态，该电极通过库仑相互作用耦合MR。关键的一步是基于Lewis-Riesenfeld不变量的MR的时间相关的有效本征频率的修改。关于先前提出的相关想法[Li等人，A 83，043803（2011）]，我们的方案更简单、更实用并且完全在当前技术的范围内。
2013-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phononic heat transport in molecular junctions: quantum effects and vibrational mismatch
热传输的问题普遍存在于各种技术中，例如发电、冷却、电子和热电。在本文中，我们提倡应用量子自洽水库方法，这是基于广义量子朗之万方程，研究声子在分子结中的热传导。该方法模拟声子-声子散射过程，同时考虑到量子效应和远离平衡（大温差）的条件。我们测试的方法的适用性，通过模拟与一维分子夹在固体表面之间的分子结的热导。我们的结果满足预期的行为的非简谐链的热导作为长度，声子散射率和温度的函数，从而验证了计算方案。此外，我们研究了固体声子谱之间的振动失配对分子结中传热特性的影响。在这里，我们揭示了振动非谐性的双重作用：由于多重散射过程，它提高了结的电阻，但它通过使声子复合和衰变过程促进了振动失配的能量传输。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Two-dimensional Cold Electron Transport for Steep-slope Transistors
传统三维（3D）或二维（2D）半导体中的室温费米-狄拉克电子热激发产生在能量分布中具有相对长的热尾的热电子。这些热电子设置了一个被称为“玻尔兹曼暴政”的基本障碍，限制了亚阈值摆幅（SS），从而限制了3D和2D场效应晶体管（FET）的最小功耗。在这里，我们研究了一种新的石墨烯（Gr）使冷电子注入，其中Gr作为狄拉克源，在室温下提供具有局部电子密度分布和短热尾的冷电子。这些冷电子对应于单层MoS 2中有效电子温度约为145 K的电子冷却效应，这使得单层MoS 2 FET的传输因子降低，从而实现陡斜率切换（在室温下跨越30倍，最小SS为29 mV/10倍）。特别是，与传统陡斜率技术（如使用2D或3D沟道材料的隧道FET或负电容FET）相比，可以实现创纪录的亚60 mV/decade电流密度（超过1 μA/μm）。我们的工作展示了2D Dirac源冷电子晶体管作为一种创新的陡斜率晶体管概念的巨大潜力，并为2D材料向未来节能纳米电子学提供了新的机会。
2020-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of a nanomechanical resonator coupled to a superconducting single-electron transistor
我们提出了一个耦合到超导单电子晶体管（SSET）的约瑟夫森准粒子（JQP）和双约瑟夫森准粒子（DJQP）共振附近的纳米机械谐振器的动力学分析。对于弱耦合和动力学时标的宽分离，我们发现对于任一超导共振，共振器的动力学由Fokker-Planck方程给出，即，SSET有效地表现为特征在于有效温度的平衡热浴，其还阻尼谐振器并使其频率重新归一化。取决于相对于超导谐振的栅极和漏极-源极电压偏置点，SSET还可以引起机械谐振器中的不稳定性，该不稳定性由适当的福克-普朗克方程内的负阻尼和温度标记。此外，足够接近共振，我们发现，福克-普朗克描述打破。我们还指出，有一个密切的类比之间的耦合纳米机械谐振器的SSET在附近的JQP共振和多普勒冷却的原子通过激光。
2005-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
A macroscopic object passively cooled into its quantum ground state of motion: beyond single-mode cooling
自然界的基本组成部分，即原子和基本粒子，是由量子力学描述的。这一基本理论是物理学家建立主要数学模型的基础[1]。今天，量子物体的独特特征导致了有前途的量子技术的出现[2，3]。然而，宏观世界显然是经典的，量子到经典交叉的本质仍然是迄今为止科学中最具挑战性的开放问题之一。在这方面，移动物体发挥了特定的作用[4，5]。过去几年的开创性实验已经开始探索微米级机械系统的量子行为，无论是通过被动冷却单个GHz模式，还是通过调整原子物理学中开发的激光冷却技术，以将特定模式冷却到远低于其周围环境的温度[6-11]。在这里，我们描述了一种非常不同的方法，将微机械系统被动冷却到500 microK，将15 MHz的基本振动模式中的平均量子数减少到仅0.3（对于高次谐波，预期值甚至更低）;挑战是仍然能够检测到运动而不明显干扰系统。通过这种方法，高次谐波和周围环境也被冷却，导致可能更长的机械相干时间，并使实验能够质疑机械波函数坍缩[12]，可能来自引力背景[13，14]和量子热力学[15]。除了平均行为，在这里，我们还报告的波动的基本振动模式的设备在平衡与低温恒温器。这些揭示了一个令人惊讶的复杂的相互作用与当地环境，并允许两个不同的热力学浴的特点进行探讨。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
The intrinsic (trap-free) transistors based on perovskite single crystals with self-passivated surfaces
卤化铅钙钛矿作为新型半导体材料出现，适用于各种光电应用。然而，制造可靠的钙钛矿场效应晶体管（FET），这类材料的电荷传输特性的基础和应用研究所需的设备，已被证明具有挑战性。在这里，我们展示了基于溴化铯铅（CsPbBr 3）的外延单晶薄膜的高性能钙钛矿FET。一种改进的气相外延技术允许生长真正大面积的原子级平坦的钙钛矿薄膜，具有优异的结构和表面特性。基于这些CsPbBr 3膜的FET表现出教科书晶体管特性，具有非常低的滞后和高的本征载流子迁移率。这种高性能器件的可用性首次允许研究钙钛矿FET中的霍尔效应。我们的磁输运测量结果表明，载流子迁移率的CsPbBr 3 FET的冷却增加，从约30 cm 2 V-1 s-1在室温下，到约250 cm 2 V-1 s-1在50 K，表现出主要由声子散射限制的带输运。这里描述的外延生长和FET制造方法可以自然地扩展到其他钙钛矿，包括混合钙钛矿，从而代表了技术飞跃，克服了钙钛矿FET研究中的性能瓶颈。
2021-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
