Quantum thermoelectric effects in nonequilibrium bipolar semiconductors
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0044152Ключові слова:
thermoelectricity, quantum Seebeck effect, Landauer–Büttiker formalism, quantum point contacts, nonequilibrium charge carriersАнотація
Теоретично досліджено термоелектричний транспорт крізь квантову структуру, вбудовану в біполярний напівпровідник, на прикладі квантового точкового контакту (QPC). Основну увагу приділено умовам існування нерівноважних носіїв заряду в напівпровіднику. Детально проаналізовано два ключові фактори: анізотропію функції розподілу носіїв заряду поблизу квантової системи та виникнення квазірівнів Фермі в її безпосередній близькості. Аналіз проведено в межах одноелектронного наближення з використанням формалізму Ландауера–Бюттікера. Встановлено, що на провідність QPC впливає виключно анізотропія функції розподілу носіїв заряду. Натомість обидва механізми нерівноважності суттєво впливають на коефіцієнт Зеєбека квантової системи з біполярними напівпровідниковими контактами.
Посилання
M. S. Dresselhaus, G. Chen, M. Y. Tang, R. Yang, H. Lee, D. Wang, Z. Ren, J.-P. Fleurial, and P. Gogna, Adv. Mater. 19, 1043 (2007). https://doi.org/10.1002/adma.200600527
T. Ihn, Semiconductor Nanostructures: Quantum States and Electronic Transport (Oxford University Press, Oxford, 2010).
V. A. Yampol’skii, S. Savel’ev, and F. Nori, New J. Phys. 10, 053024 (2008). https://doi.org/10.1088/1367-2630/10/5/053024
J. M. Sojo Gordillo, A. Morata, C. D. Sierra, M. Salleras, L. Fonseca, and A. Tarancón, APL Mater. 11, 040702 (2023). https://doi.org/10.1063/5.0134208
G. Chen and A. Shakouri, J. Heat Transfer 124, 242 (2001). https://doi.org/10.1115/1.1448331
S. Li, X. Liu, X. Zhang, Y. Wang, S. Chen, Y. Liu, and Y. Zhang, Catalysts 14, 159 (2024). https://doi.org/10.3390/catal14030159
A. F. Ioffe, Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling (Infosearch Limited, London, 1957).
H. J. Goldsmid and R. W. Douglas, British J. Appl. Phys. 5, 386 (1954). https://doi.org/10.1088/0508-3443/5/11/303
G. J. Snyder and E. S. Toberer, Nat. Mater. 7, 101 (2008). https://doi.org/10.1038/nmat2090
L. D. Hicks and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 47, 12727 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.12727
K. Biswas, J. He, I. D. Blum, C.-I. Wu, T. P. Hogan, D. N. Seidman, V. P. Dravid, and M. G. Kanatzidis, Nature 489, 414 (2012). https://doi.org/10.1038/nature11439
Y. Li, Y.-R. Qiu, J. Liao, H. Y. Li, Z. Liu, Y. Chen, M. Yu, L. Xu, C. Liu, J. Z. Liu, J.-F. Li, W. Liu, Y.-H. Wang, and N. X. Fang, Nat. Commun. 17, 2209 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68721-9
S. Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems (Cambridge University Press, Cambridge, 1995).
M. Brandbyge, J.-L. Mozos, P. Ordejón, J. Taylor, and K. Stokbro, Phys. Rev. B 65, 165401 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.165401
C. W. J. Beenakker and H. van Houten, Solid State Phys. 44, 1 (1991). https://doi.org/10.1016/S0081-1947(08)60091-0
Y. Nazarov and Y. Blanter, Quantum Transport: Introduction to Nanoscience (Cambridge University Press, 2009).
D. Ryndyk, Theory of Quantum Transport at Nanoscale: An Introduction (Springer International Publishing, 2019).
I. N. Volovichev and D. V. Kadygrob, J. Phys.: Condens. Matter 37, 205303 (2025). https://doi.org/10.1088/1361-648X/adc966
S. Das Sarma, S. Adam, E. Rossi, and E. H. Hwang, Rev. Mod. Phys. 83, 407 (2011). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.83.407
D. Goldhaber-Gordon, H. Shtrikman, D. Mahalu, D. Abusch-Magder, U. Meirav, and M. A. Kastner, Nature 391, 156 (1998). https://doi.org/10.1038/34373
J. Balduque and R. Sánchez, Phys. Rev. Lett. 134, 186301 (2025). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.186301
R. Landauer, IBM J. Res. Dev. 1, 223 (1957). https://doi.org/10.1147/rd.13.0223
R. Landauer, Philos. Mag. 21, 863 (1970). https://doi.org/10.1080/14786437008238472
M. Büttiker, Y. Imry, R. Landauer, and S. Pinhas, Phys. Rev. B 31, 6207 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.31.6207
M. Büttiker, Phys. Rev. Lett. 57, 1761 (1986). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.57.1761
Y. G. Gurevich and V. B. Yurchenko, Sov. Phys. Semicond. 25, 1268 (1991).
Y. G. Gurevich, O. Y. Titov, G. N. Logvinov, and O. I. Lyubimov, Phys. Rev. B 51, 6999 (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.6999
C. Cercignani, The Boltzmann Equation and Its Applications (Springer, New York, 2012).
S. R. de Groot and P. Mazur, Non-Equilibrium Thermodynamics (Dover Publications, New York, 1984).
M. Lundstrom, Fundamentals of Carrier Transport (Addison-Wesley, Reading, MA, 1990).
I. N. Volovichev, G. N. Logvinov, O. Y. Titov, and Y. G. Gurevich, J. Appl. Phys. 95, 4494 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1669074
I. N. Volovichev, G. Espejo, Y. G. Gurevich, O. Y. Titov, and A. Meriuts, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 41, 182 (2002). https://doi.org/10.1143/JJAP.41.182
S. M. Sze and K. K. Ng, Physics of Semiconductor Devices (John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2006).
S. R. in 't Hout, J. Appl. Phys. 79, 8435 (1996). https://doi.org/10.1063/1.362518
Y. G. Gurevich, J. E. Velázquez-Pérez, G. Espejo-López, I. N. Volovichev, and O. Y. Titov, J. Appl. Phys. 101, 023705 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2424502
I. Volovichev, J. Velázquez-Pérez, and Y. Gurevich, Solid-State Electron. 52, 1703 (2008). https://doi.org/10.1016/j.sse.2008.04.037
G. D. Mahan and J. O. Sofo, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 7436 (1996). https://doi.org/10.1073/pnas.93.15.7436
