[論文レビュー] Extrinsic thermoelectric response of coherent conductors

Rafael Sánchez, Cosimo Gorini+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2021

Advanced Thermoelectric Materials and Devices参考文献 147被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、電荷の注入なしに熱を注入するスキャントンネルプローブチップからの量子干渉によって駆動される、一貫性のある導体における新しい外部熱電効果を提案している。チップの位置が電子波動関数内の干渉パターンを変調し、非局所的熱電応答と非可逆的縦方向効果（熱電ダイオードとして機能する）を生成する。これは粒子・ホール対称系でさえも成立する。

ABSTRACT

We investigate the thermoelectric response of a coherent conductor in contact with a scanning probe. Coupling to the probe has the dual effect of allowing for the controlled local injection of heat currents into the system and of inducing interference patterns in the transport coefficients. This is sufficient to generate a multiterminal thermoelectric effect even if the conductor does not effectively break electron-hole symmetry and the tip injects no charge. Considering a simple model for noninteracting electrons, we find a nonlocal thermoelectric response which is modulated by the position of the hot probe tip, and a nonreciprocal longitudinal response which leads to a thermoelectric diode effect. A separate investigation of the effects of dephasing and of quasielastic scattering gives further insights into the different mechanisms involved.

研究の動機と目的

• 量子干渉が、もともと対称な導体に熱電応答を誘発するメカニズムを調査すること。
• 内在的な粒子・ホール非対称性や電荷注入なしに熱電効果が生じることを示すこと。
• 干渉の役割を分離し、非局所的かつ非可逆的熱電応答を特徴付けること。
• 位相崩壊と準弾性散乱が観察された効果に与える影響を分析すること。
• マルチターミナル量子一貫系における外部熱電効果の理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 点状散乱子を有する一次元導体における非相互作用電子のモデルを使用する。
• スキャンプローブを、電荷の純な注入なしに局所的熱源としてモデル化し、単一チャネルで結合する。
• 散乱理論を用いて、チップと散乱子間の複数経路に起因する位相依存干渉を計算し、輸送係数を求める。
• 局所的プローブが存在する状況下で線形応答理論を適用し、熱電応答を導出する。
• 追加のプローブまたは散乱機構を導入することで、位相崩壊と準弾性散乱の影響を調査する。
• 非局所的および非可逆的熱電信号を特定するために、電化学ポテンシャル応答を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粒子・ホール対称な導体において、量子干渉のみで熱電応答を生成できるか？
• RQ2 スキャンプローブチップの空間的位置が熱電応答にどのように影響するか？
• RQ3 系で観測された非可逆的縦方向熱電効果の起源は何か？
• RQ4 位相崩壊と準弾性散乱は、干渉駆動熱電応答にどのように影響するか？
• RQ5 導体の内在的非対称性がなくても、熱電ダイオード効果を実現できるか？

主な発見

• チップの位置によって変調される干渉パターンにより、内在的な粒子・ホール非対称性がなくても非局所的熱電応答が生成される。
• 非可逆的縦方向熱電効果が出現し、逆方向の温度勾配における異なる電流応答を示すことで、熱電ダイオード行動を実現する。
• 熱電応答は完全に外部的であり、導体の内在的性質ではなく、プローブによって誘発される量子干渉に起因する。
• 位相崩壊は干渉駆動熱電効果を抑制するため、その起源が量子位相一貫性に起因することを確認する。
• 準弾性散乱は応答に追加の寄与をもたらし、異なる輸送メカニズムを明らかにする。
• チップと散乱子間の複数の散乱経路における位相積算により、位置依存の熱電力振動が観測される。