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
1. 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
2. T. Ihn, Semiconductor Nanostructures: Quantum States and Electronic Transport (Oxford University Press, Oxford, 2010).
3. 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
4. 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
5. G. Chen and A. Shakouri, J. Heat Transfer 124, 242 (2001). https://doi.org/10.1115/1.1448331
6. 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
7. A. F. Ioffe, Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling (Infosearch Limited, London, 1957).
8. H. J. Goldsmid and R. W. Douglas, British J. Appl. Phys. 5, 386 (1954). https://doi.org/10.1088/0508-3443/5/11/303
9. G. J. Snyder and E. S. Toberer, Nat. Mater. 7, 101 (2008). https://doi.org/10.1038/nmat2090
10. L. D. Hicks and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 47, 12727 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.12727
11. 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
12. 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
13. S. Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems (Cambridge University Press, Cambridge, 1995).
14. 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
15. C. W. J. Beenakker and H. van Houten, Solid State Phys. 44, 1 (1991). https://doi.org/10.1016/S0081-1947(08)60091-0
16. Y. Nazarov and Y. Blanter, Quantum Transport: Introduction to Nanoscience (Cambridge University Press, 2009).
17. D. Ryndyk, Theory of Quantum Transport at Nanoscale: An Introduction (Springer International Publishing, 2019).
18. I. N. Volovichev and D. V. Kadygrob, J. Phys.: Condens. Matter 37, 205303 (2025). https://doi.org/10.1088/1361-648X/adc966
19. 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
20. 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
21. J. Balduque and R. Sánchez, Phys. Rev. Lett. 134, 186301 (2025). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.186301
22. R. Landauer, IBM J. Res. Dev. 1, 223 (1957). https://doi.org/10.1147/rd.13.0223
23. R. Landauer, Philos. Mag. 21, 863 (1970). https://doi.org/10.1080/14786437008238472
24. M. Büttiker, Y. Imry, R. Landauer, and S. Pinhas, Phys. Rev. B 31, 6207 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.31.6207
25. M. Büttiker, Phys. Rev. Lett. 57, 1761 (1986). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.57.1761
26. Y. G. Gurevich and V. B. Yurchenko, Sov. Phys. Semicond. 25, 1268 (1991).
27. 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
28. C. Cercignani, The Boltzmann Equation and Its Applications (Springer, New York, 2012).
29. S. R. de Groot and P. Mazur, Non-Equilibrium Thermodynamics (Dover Publications, New York, 1984).
30. M. Lundstrom, Fundamentals of Carrier Transport (Addison-Wesley, Reading, MA, 1990).
31. 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
32. 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
33. S. M. Sze and K. K. Ng, Physics of Semiconductor Devices (John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2006).
34. S. R. in 't Hout, J. Appl. Phys. 79, 8435 (1996). https://doi.org/10.1063/1.362518
35. 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
36. I. Volovichev, J. Velázquez-Pérez, and Y. Gurevich, Solid-State Electron. 52, 1703 (2008). https://doi.org/10.1016/j.sse.2008.04.037
37. 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
