强系统-库耦合下的非绝热粒子与能量泵

我们研究非绝热泵中电子与能量电流的动力学。该泵是一个具有时变栅极势以及与引线隧穿耦合的量子点纳米结。引线无偏置且维持在相同温度与化学势。我们发现栅极与隧穿耦合的同步变化可将电子与能量从左引线泵至右引线。受量子热机启发,我们设计了一种可最优泵浦能量的四冲程运行协议,并由此研究器件的能量转移与性能系数。我们将该器件与二冲程泵比较,发现后者性能较低是由于能量电流的双向流动导致净能量电流较小。通过栅极势的能量充能增加被泵浦电子所携带的净能量,可在一定程度上提升四冲程泵的性能。这通过增加泵协议中能量充能与放能冲程的时长实现。然而,尽管长充能与放能冲程带来大能量输出,维持冲程所需能量也变得很大,导致泵性能停滞。我们的泵仅在强引线耦合区有效,在弱耦合区因净输出能量反向流动而失效。我们使用非平衡格林函数技术计算电流,精确捕捉强引线-通道耦合效应,同时纳入三个时变参数。我们的工作结果有助于高性能量子泵的设计。