Bipolar thermoelectric superconducting single-electron transistor
本文提出一种热偏置的SIS'IS超导单电子晶体管，通过库仑阻塞和充电效应利用外部栅极调控双极热电效应，实现对塞贝克电压、热电流及功率输出的完全控制。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Optimal Thermoelectric Power Factor of Narrow-Gap Semiconducting Carbon Nanotubes with Randomly Substituted Impurities
我们从理论上研究了具有随机取代的氮（N）杂质的窄隙单壁碳纳米管（SWCNT）的热电（TE）效应，具有0.497eV的带隙的N-取代的（20，0）SWCNT。对于这样的窄禁带系统，即使在室温下，从价带到导带的热激发也有助于其TE特性。在这项研究中，N-杂质带处理与导带和价带考虑自洽。我们找到了每个晶胞的最佳N浓度，$c_{\rm opt}$，它给出了不同温度下的最大功率因数（$PF$），例如，$PF=$ 0.30 $\rm{W/K^2m}$与$c_{\rm opt}=3.1\times 10^{-5}$在300 K。此外，电子的热导率已被估计，原来是远远小于声子的热导率，从而导致在300 K下，N-取代的（20，0）单壁碳纳米管与$c_{\rm opt}=3.1\times 10^{-5}$的$ZT\sim 0.1$的品质因数。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall
Bipolar Thermoelectric Superconducting Quantum Devices
NEST Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（意大利国家纳米科学中心 NEST 研究所和比萨高等师范学院）；Technology Innovation Institute（技术创新研究院）；Istituto Nanoscienze – CNR（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；Institute for Quantum Studies, Chapman University（查普曼大学量子研究中心）
研究量子技术中热和能量流控制难题，介绍双极热电效应这一互易系统热电转换新进展，阐述其原理、条件，讨论实验观察与应用提议，还概述了近期发展和展望。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Bipolar single-wall carbon nanotube field-effect transistor
我们使用同时流动的乙烯和氢气的化学气相沉积生长单壁碳纳米管。强耦合到门推断从运输测量金属和半导体管。在低温下，我们的样品作为单电子晶体管的传输机制主要是由库仑阻塞。测量结果显示了从价带到导带非常丰富的量子化能级谱。库仑金刚石在半导体带隙的两侧具有相似的附加能量。已观察到子带群的签名。
2002-09-04 cond-mat.mes-hall
Phase-control of bipolar thermoelectricity in Josephson tunnel junctions
不久以前，人们认为超导体中的热电性只有在明确打破粒子-空穴对称性的情况下才有可能。最近，理论上已经预测，超导隧道结可以发展双极热电现象，在存在一个大的热梯度，由于非平衡自发PH对称性破缺。第一个热电约瑟夫森发动机的实验实现随后。在这里，我们给出了一个更广泛的讨论，并集中在热电调制的库珀对运输双环SQUID的约瑟夫森贡献的影响。当库珀对电流在准粒子电流上占优势时，约瑟夫森贡献使结短路，从而屏蔽热电效应。我们证明，热电发电由于纯准粒子运输是相位无关的，一旦约瑟夫森贡献是适当地从净电流测量。同时，我们研究了一个额外的亚稳态V \simeq 0确定的约瑟夫森耦合的存在下，这特别修改我们的热电发动机实现的滞后行为。最后，我们还讨论了多个热电元件的存在如何影响电流-电压特性，从而提高所产生的输出功率。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Bipolar Thermoelectricity in Bilayer-Graphene--Superconductor Tunnel Junctions
研究双层石墨烯与BCS超导体隧道结中由粒子-空穴对称性自发破缺引发的非线性双极热电效应，通过开启和控制BLG能隙实现高达1 mV/K的Seebeck系数和1 nW/μm²的功率密度，为热电器件应用提供新途径。
2023-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum Bipolar Thermoelectricity
Istituto Nanoscienze-CNR（纳米科学研究所-国家研究委员会）；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；Institute for Quantum Studies, Chapman University（查普曼大学量子研究中心）
本研究揭示超导S-I-S'隧道结的纯量子双极热电机制，分析两种典型环境下塞贝克系数可达100 μV/K，为电磁模式光谱传感及低温热电器件设计提供新方向。
2026-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Bipolar thermoelectricity in S/I/NS and S/I/SN superconducting tunnel junctions
本研究针对超导隧道结双极热电效应受逆邻近效应影响的问题，通过准经典方程分析构型、膜厚与界面质量的影响，提出更优的双层结构设计，为提升超导隧道结热电性能提供路线图。
2023-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Phosphorene nanoribbon as a promising candidate for thermoelectric applications
本工作利用密度泛函理论研究了不同宽度和边缘构型的磷烯纳米带的电子性质。结果表明，扶手椅型磷烯纳米带是半导体的，而锯齿型磷烯纳米带是金属的。扶手椅型纳米带的带隙随带宽的增加而单调减小。通过用氢钝化边缘的磷原子，锯齿系列也变成半导体，而扶手椅系列表现出比原始系列更大的带隙。利用玻尔兹曼理论和弛豫时间近似研究了磷烯纳米带的电子输运性质。我们发现，所有的半导体纳米带表现出非常大的塞贝克系数值，并可以进一步增强氢钝化在边缘。以N=7的扶手椅型纳米结构为例，利用声子玻尔兹曼输运方程计算了晶格热导率。由于显著增强的Seebeck系数和降低的热导率，磷烯纳米陶瓷在室温下表现出非常高的品质因数（ZT值），为4.0，这表明其有吸引力的热电应用。
2014-06-16 cond-mat.mes-hall
Giant Seebeck coefficient in semiconducting single-wall carbon nanotube film
我们在半导体单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜中发现了巨大的塞贝克效应，其表现出与商业Bi2Te3合金相当的性能。半导体单壁碳纳米管薄膜的载流子掺杂进一步提高了热电性能。这些结果被复制以及基于一个简单的单壁碳纳米管结模型的第一性原理输运模拟。这些发现为新兴的印刷、全碳、柔性热电设备铺平了道路。
2014-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bipolar Thermoelectric Josephson Engine
实验证明超导隧道结在自发PH对称破缺下产生巨大双极热电效应，并集成约瑟夫森干涉仪实现相位可控的双极热电约瑟夫森发动机，功率达140 mW/m²。
2025-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Enhancement of the thermoelectric figure of merit in a quantum dot due to the Coulomb blockade effect
研究了量子点在库仑阻塞机制下的品质因数。发现如果只考虑量子点中的单个能级，则$ZT$的品质因数可能相当高。另一方面，当量子点中有两个或多个能级且没有库仑相互作用时，由于小的能级间距，$ZT$被双极效应强烈抑制。然而，在库仑相互作用的存在下，有效能级间距增大，双极效应减弱，导致$ZT$相当高。因此，更有可能找到具有大库仑相互作用的高效热电量子点。通过使用典型QD的参数，$ZT$可以达到5以上。
2010-12-14 cond-mat.mes-hall
Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires
许多热电材料，如Bi，表现出Rashba自旋轨道表面带，预测了由电子迁移率和增强的热电势组成的拓扑绝缘体行为。Bi纳米线实现了仅表面的电子输运，因为当它们经历体半金属-半导体转变时，它们成为体绝缘体，这是由于直径接近50 nm的量子限制。我们研究了20-，30-，50-和200-nm的三角Bi线。由表面电子和块状空穴引起的Shubnikov-de Haas磁阻振荡使得能够确定它们的密度和迁移率。表面电子具有超过2（m^2）/（Vsec）的高迁移率，并且对热电势有很大贡献，在温度T< 100 K时占主导地位。表面热电势为-1.2 T微伏/（K^2），这一数值与理论相符，提高了基于表面能带的纳米热电材料的发展前景。
2011-03-17 cond-mat.mes-hall
Nanowires for heat conversion
本文综述了半导体纳米线热电性能的研究和增强。纳米线是纳米结构，其典型直径在几到几百纳米之间，长度在几到几微米之间，表现出高的表面积与体积比。如今，已经实现了对它们的生长的非凡控制，也使得不同类型的异质结构的集成成为可能，这可以导致纳米线的功能特性的工程化。在这篇综述中，我们讨论了所有的概念已经提出，并实现了迄今为止的半导体纳米线的热电性能的改善。此外，我们提出了一个简短的调查的实验方法，使这些纳米结构的热电性能的调查。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall
Mechanical, optical, and thermoelectric properties of semiconducting ZnIn2X4 (X= S, Se, Te) monolayers
ZnIn 2X 4单层的机械稳定性。ZnIn 2S 4和ZnIn 2Se 4是直接带隙分别为3.94和2.77 eV的半导体，而ZnIn 2 Te 4在G 0 W 0能级处显示出1.84 eV的间接带隙。从Bethe-Salpeter方程的解决方案实现的光学性质预测的ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4，和ZnIn 2 Te 4单层的激子结合能分别为0.51，0.41，和0.34 eV，这表明高稳定性的激子状态对热解离。使用机器学习原子间势加速的玻尔兹曼输运方程的迭代解，ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层的室温晶格热导率预测分别为5.8，2.0和0.4 W/mK。由于低的晶格热导率，高的热电势，和大的品质因数，我们提出的ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层作为有前途的候选人的热电能量转换系统。这项研究提供了一个广泛的视野有关的内在物理性质的ZnIn 2X 4纳米片，并强调其特性的能量转换和光电子应用。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modulation of Thermoelectric Power of Individual Carbon Nanotubes
利用微型加热器和温度计在介观尺度上测量了单壁碳纳米管（SWNTs）的热电功率（TEP）。已经观察到依赖于栅极电场的TEP调制。根据Mott公式，测量的单壁碳纳米管的TEP与跨单壁碳纳米管的电导很好地相关。在低温下，在单电子传导极限下观察到TEP的强烈调制。此外，由于SWNT-金属结处的肖特基势垒，半导体SWNT表现出大的TEP值。
2003-10-21 cond-mat.mes-hall
A Zero-Bias Superconducting Voltage Amplifier Based on the Bipolar Thermoelectric Effect
NEST, Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（NEST，意大利国家纳米科学研究所和比萨高等师范学院）
本文提出一种基于双极热电效应的零偏超导电压放大器，利用非对称隧道结的负微分电阻效应，通过电极温度差实现电压放大，适用于低温传感器读出和量子电路仪器化。
2026-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum effects in the thermoelectric power factor of low-dimensional semiconductors
我们从理论上研究了半导体材料的热功率因数与限制长度$L$和热德布罗意波长$Λ$之间的相互作用。基于非简并半导体的单带模型，导出了功率因数的解析公式，用以描述低维半导体功率因数的量子效应。当$L$小于半导体的$Λ$时，一维和二维半导体的功率因数增强。在这种情况下，具有比它们的$Λ$小的$L$的低维半导体与它们的体对应物相比将给出更好的热电性能。另一方面，当$L$大于$Λ$时，与较低维度的半导体相比，体半导体可以给出更高的功率因数。
2016-06-30 cond-mat.mes-hall
Effects of zigzag edge states on the thermoelectric properties of finite graphene nanoribbons
在紧束缚模型和格林函数方法的框架下，研究了有限长石墨烯纳米带与金属电极耦合时的热电特性。当锯齿形边耦合到电极时，只有当电极之间的沟道长度小于这些局部锯齿形边缘态的衰减长度时，才能发生通过局部边缘态的电子输运。当扶手椅边缘耦合到电极时，当GNR处于半导体相时，存在与中间带隙状态相关联的有趣的热电行为。在这里，我们表明，锯齿形边缘态的扶手椅侧连接到电极的GNRs的热电行为类似于两个平行的量子点具有相似的轨道简并度。此外，它表明，由锯齿形边缘状态给出的电导和功率因数是相当强大的缺陷散射。
2022-07-09 cond-mat.mes-hall
Microwave-assisted thermoelectricity in SIS' tunnel junctions
研究了非对称超导隧道结中光子辅助隧穿与双极热电效应的相互作用，揭示了微波辅助热电机制及多稳态解，提出可用于检测毫米波信号的热电器件。
2023-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Enhanced thermoelectric effects in a driven one-dimensional system
NEST, Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（NEST，意大利国家研究委员会纳米科学研究所和比萨高等师范学院）；Institute for Quantum Studies, Chapman University（查普曼大学量子研究学院）；Department of Physics, Lancaster University（兰开斯特大学物理系）
研究一维量子系统在外部驱动下的热电性质，通过Floquet散射理论计算线性响应稳态热电优值，发现驱动可显著增强Seebeck系数，并在低温度下增强热电Onsager系数，展示驱动对低电子密度纳米器件热电性能的调节作用。
2025-09-23 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of a nanocontact
采用紧束缚近似和格林函数方法计算了由两个单壁碳纳米管（SWNT）构成的纳米接触的热电性能。结果表明，半导体纳米管可以具有很高的塞贝克系数非常接近实际的费米能量。这反过来又导致很高的品质因数，很容易超过1。通过改变化学势来改变性质可以通过掺杂或施加（纳米）栅极电压来实现。接触附近杂质的存在也强烈地改变了性质，并且这可以被利用，以便设计具有高热功率和品质因数的器件。
2005-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of metallic electrodes on the thermoelectric properties of zigzag graphene nanoribbons with periodic vacancies
本文理论分析金属电极接触方式对含周期性空位的锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）量子点阵列热电性能的影响，发现线接触电极（如Cu、Au等）可实现高功率因子和品质因数，优于面接触。
2023-05-05 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric efficiency of quantum dot molecules at a high temperature bias: the role of thermal-induced voltage
从理论上研究了温度偏置下量子点分子（QDM）的非线性电子流和热流，包括QDM中电子库仑相互作用产生的所有关联函数.与双量子点的情况不同，由于点间库仑阻塞，串联耦合三量子点（SCTQD）的最大效率发生在轨道耗尽区。SCTQD中的电子流随量子点能级的变化呈现双极振荡行为，而热流则不呈现这种行为。这主要归因于热致偏置。此外，我们说明了如何影响的SCTQD的效率的外部负载电阻，声子热流。最后，一个方向依赖的电子流驱动的温度偏置已被证明为一个阶梯状的能级的SCTQD。
2016-12-12 cond-mat.mes-hall
Polarons in 2+epsilon dimensions and giant figure of merit of semiconducting nanolayers
极化子-电子与晶格振动耦合-在许多降维和降维系统的输运和光学性质中起着关键作用。它们的限制对量子阱中的声子、极化子、双极化子和多极化子的性质有很大的影响。在这里，我们计算了限制在势阱中的极化子的能谱和热电势，它们是势阱厚度的函数。我们表明，极化子质量增强2+ π维解释了最近观察到的掺杂半导体纳米层（多量子阱（MQWs））的巨大的热分子功率，并提出了一种提高热电能纳米转换器的性能的途径，使其品质因数提高一个以上的数量级。
2009-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric single-photon detection through superconducting tunnel junctions
本文基于不同能隙超导体隧道结的双极热电效应，提出一种被动式宽带单光子热电探测器TED，其在极宽频段内具备高信噪比，可应用于量子计算和光电子学等领域。
2023-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Extracting band structure characteristics of GaSb/InAs core-shell nanowires from thermoelectric properties
具有GaSb核和InAs壳（和倒置结构）的纳米线对于由于材料界面处的体断裂带隙对准的电子-空穴杂化和相互作用效应的研究是有趣的。我们使用八带$\mathbf{k\cdot p}$理论结合包络函数近似计算了这种纳米线的能带结构。对于固定的芯半径，作为壳厚度的函数，能带结构从金属（对于厚壳）改变为半导体（对于薄壳），具有由量子限制引起的带隙。对于中间壳层厚度，可以出现不同的带隙能带结构，其中间隙由GaSb中的价带和InAs中的导带之间的杂化引起。为了建立纳米线能带结构和热电测量中的签名之间的关系，我们使用计算的能量分散体作为玻尔兹曼方程和弹道输运方程的输入，分别研究扩散极限和弹道极限。我们的理论结果为实验提供了指导，显示了门控设置中的热电测量如何用于区分不同类型的带隙，或将系统调谐到具有少量电子和少量空穴的制度，这可能对激子物理学的研究感兴趣。
2017-03-31 cond-mat.mes-hall
The Effect of Shallow vs. Deep Level Doping on the Performance of Thermoelectric Materials
众所周知，良好的热电材料的效率应该相对于掺杂浓度进行优化。然而，很少有人关注掺杂剂的能级的优化。掺杂有浅能级的热电材料在高温下由于少数载流子的激发而可能经历其品质因数的急剧降低，少数载流子的激发降低了塞贝克系数并增加了双极热传导。用深能级杂质掺杂可以延迟少数载流子的激发，因为它需要更高的温度来吸收所有掺杂剂。我们通过建模发现，根据材料类型和工作温度范围，需要不同的杂质水平（浅或深）来优化热电材料的效率。对于不同的材料，我们进一步阐明了带隙内杂质能级的最佳位置。我们的研究为热电材料选择最合适的掺杂剂提供了见解，以最大限度地提高器件效率。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signature of the transition to a bound state in thermoelectric quantum transport
我们研究了一个量子点耦合到两个半导体库中，当量子点能级和电化学势都接近库中的带边时。这是用一个完全可解的哈密顿量建模，没有相互作用（Fano-Anderson模型）。该模型是已知的，以显示一个突然的过渡点水库耦合增加到强耦合制度的广泛的一类能带结构。这种转变涉及到一个无限寿命的束缚态出现在带隙中。我们发现这种过渡的签名在连续状态的模型，可见作为一个不连续的行为点的传输函数。这可能导致稳态DC电响应和热电响应对接近临界耦合的耦合具有非常强的依赖性。我们给出的例子中的电导和热电功率因数表现出巨大的峰值在临界耦合，而热电优值ZT增长的耦合接近临界耦合，在临界耦合的小倾角。因此，临界耦合是这种热电装置的最佳点，因为功率输出在该点处最大，而效率没有显著变化。
2019-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological electronic states and thermoelectric transport at phase boundaries in single-layer WSe$_2$: An effective Hamiltonian theory
单层过渡金属二硫属化物在扭曲的八面体1 T $^\prime$相表现出大的体带隙和无带隙边界状态，这是一个资产，在正在进行的追求拓扑电子学。在单层二硒化钨（WSe $_2$）中，在1 T $^\prime$和半导体（1H）相之间的有序界面处观察到边界态。本文提出了单层WSe $_2$中边界态的有效四带理论，描述了一对Kramers带隙内态以及1 T $^\prime$相导带和价带上光谱终止点的行为。光谱终止点决定了弹道电导和热电势在相边界的温度和化学势的依赖性。值得注意的是，热电势显示出双极行为，改变了1 T $^\prime$ - WSe $_2$的带隙中的符号，并反映了其粒子-空穴不对称性。该理论建立了单层WSe $_2$的体能带结构和弹道边界传输之间的联系，并适用于一系列相关的拓扑材料。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable giant Nernst effect in two-dimensional van der Waals heterostructures
本研究通过构建石墨烯/硒化铟范德华异质结，实现了电可调的巨型能斯特效应，获得10^3的开/关比与创纪录的低温能斯特系数，为热电效应调控及低温量子相关应用提供了新平台。
2024-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Zener quantum dot spin filter in a carbon nanotube
我们预测和分析了半导体碳纳米管中的一种新型自旋过滤器。通过使用局部静电门，可以调制导带和价带以形成双势垒结构。价带下方的受限区域限定了齐纳量子点，其表现出共振隧穿。共振在磁场中分裂，制成双极自旋滤波器，用于自旋电子学和量子信息处理。我们使用k*p包络函数理论对此进行建模，并表明这与相应的紧束缚计算非常吻合。
2006-02-02 cond-mat.mes-hall
Thermal Conductivity of Chirality-Sorted Carbon Nanotube Networks
单壁碳纳米管（SWNTs）的热性能是显着的兴趣，但其依赖于单壁碳纳米管的手性一直是，到现在为止，没有实验探索。在这里，我们使用电加热和红外热成像，同时研究手性排序单壁碳纳米管网络的热和电输运。我们研究了溶液处理90%半导体，90%金属，纯化未分选（66%半导体），和生长HiPco单壁碳纳米管薄膜。这些膜的热导率范围为80至370 W/m/K，但不受手性控制，而是取决于网络的形态（即质量和结密度，准对齐）。测得的热导率的上限范围与最好的金属（Cu和Ag）相当，但质量密度低了一个数量级。这项研究揭示了重要的因素控制的重量轻的手性排序单壁碳纳米管薄膜的热性能，为潜在的热和热电应用。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
