[논문 리뷰] Extrinsic thermoelectric response of coherent conductors

Rafael Sánchez, Cosimo Gorini외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 09. 27.

Advanced Thermoelectric Materials and Devices참고 문헌 147인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 전하 순수주입 없이 스캐닝 터널링 프로브 헤드에서 발생하는 양자 간섭에 의해 유도되는 일관성 있는 도체에서 새로운 외재적 열전기 효과를 제안한다. 프로브의 위치는 전자 파동함수 내 간섭 무늬를 조절하며, 이로 인해 국소적이지 않은 열전기 반응과 비상호성 있는 종방향 효과가 발생한다—이는 입자-홀 대칭 시스템에서도 열전기 다이오드 기능을 수행할 수 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 양자 간섭이 스캐닝 프로브에서 유도된 열전기 반응이 어떻게 비대칭 도체에서 발생하는지 조사하기 위해.
• 내재된 입자-홀 비대칭성 또는 전하 주입 없이도 열전기 효과가 어떻게 발생할 수 있는지 보여주기 위해.
• 간섭의 역할을 분리하고 특성화하여 국소적이지 않은 비상호성 열전기 반응을 생성하는 데 중점을 두기 위해.
• 분산 및 준탄성 산란이 관측된 효과에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 다단자 양자 일관성 시스템에서 외재적 열전기 효과를 위한 이론적 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 점성산란자를 가진 1차원 도체에서 비상호작용 전자 모델을 사용한다.
• 스캐닝 프로브를 순수한 국소적 열원으로 모델링하며, 전하 순수주입이 없고 단일 채널을 통해 결합한다.
• 산란 이론을 적용하여 운반 계수를 계산하고, 프로브와 산란자 사이의 다중 경로에서 발생하는 위상 의존 간섭을 중점적으로 다룬다.
• 국소적 프로브가 존재하는 조건에서 선형 반응 이론을 사용하여 열전기 반응을 유도한다.
• 추가 프로브 또는 산란 메커니즘을 도입하여 분산 및 준탄성 산란의 영향을 조사한다.
• 비국소적 및 비상호성 열전기 신호를 식별하기 위해 전자화학적 위치 반응을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 입자-홀 대칭 도체에서 전하 주입 없이도 양자 간섭만으로 열전기 반응을 유도할 수 있는가?
• RQ2 스캐닝 프로브 헤드의 공간적 위치가 열전기 반응에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 이 시스템에서 관측된 비상호성 종방향 열전기 효과의 기원은 무엇인가?
• RQ4 분산 및 준탄성 산란은 간섭 유도 열전기 반응에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 내재된 비대칭성이 없이도 열전기 다이오드 효과를 실현할 수 있는가?

주요 결과

• 프로브의 위치에 의해 조절되는 간섭 무늬로 인해 내재된 입자-홀 비대칭성이 없더라도 국소적이지 않은 열전기 반응이 발생한다.
• 비상호성 종방향 열전기 효과가 나타나며, 이는 반대 방향의 온도 기울기에서 다른 전류 반응을 보이는 열전기 다이오드 행동을 가능하게 한다.
• 열전기 반응은 순수하게 외재적인 것으로, 도체의 내재적 성질이 아닌 프로브에 의해 유도된 양자 간섭에서 기인한다.
• 분산는 간섭 유도 열전기 효과를 억제하며, 이는 그 기원이 양자 간섭성임을 확인한다.
• 준탄성 산란는 추가 기여를 유도하며, 이는 별개의 운반 메커니즘을 드러낸다.
• 프로브와 산란자 사이의 다중 산란 경로에서 위상 축적에 의해 위치에 따라 변하는 열전력 진동이 관측된다.