[论文解读] 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 11

一句话总结

本文提出了一种在相干导体中由扫描隧道显微镜探针引起的新型外禀热电效应，该效应仅由量子干涉驱动，且不伴随净电荷注入。探针位置调制了电子波函数中的干涉图案，从而产生非局域热电响应以及非互易纵向效应——即使在粒子-空穴对称系统中，也表现出热电二极管行为。

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.

研究动机与目标

• 研究量子干涉如何在无内在对称性破缺的导体中诱导热电响应。
• 证明热电效应可在无本征粒子-空穴不对称性或电荷注入的情况下产生。
• 分离并表征干涉在产生非局域与非互易热电响应中的作用。
• 分析退相位和准弹性散射对所观测效应的影响。
• 为多端口量子相干系统中的外禀热电效应提供理论框架。

提出的方法

• 采用一维导体中非相互作用电子的模型，其中存在一个点状散射体。
• 将扫描探针建模为无净电荷注入的局域热源，通过单通道与系统耦合。
• 应用散射理论计算输运系数，重点分析探针与散射体之间多条路径的相位依赖性干涉。
• 在存在局域探针的条件下，利用线性响应理论推导热电响应。
• 通过引入额外探针或散射机制，研究退相位和准弹性散射的影响。
• 通过分析电化学势响应，识别非局域与非互易热电信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅通过量子干涉在粒子-空穴对称导体中产生热电响应？
• RQ2 扫描探针尖端的空间位置如何调制热电响应？
• RQ3 系统中观测到的非互易纵向热电效应的起源是什么？
• RQ4 退相位和准弹性散射如何影响由干涉驱动的热电响应？
• RQ5 能否在导体无本征不对称性的情况下实现热电二极管效应？

主要发现

• 由于探针位置调制的干涉图案，即使在无本征粒子-空穴不对称性的情况下，仍会产生非局域热电响应。
• 出现非互易纵向热电效应，使系统表现出热电二极管行为，其在反向温度梯度下具有不同的电流响应。
• 热电响应完全为外禀性质，源于探针诱导的量子干涉，而非导体的本征性质。
• 退相位会抑制由干涉驱动的热电效应，证实其源于量子相干性。
• 准弹性散射引入了额外响应贡献，揭示了不同的输运机制。
• 由于探针与散射体之间多条散射路径中的相位累积，系统表现出位置相关的热电功率振荡。