Propiedades termoeléctricas y transporte en nano estructuras: aproximación coulombiana finita (U-finito) para el modelo de la impureza de Anderson

Abstract

Se estudia la conductancia eléctrica (G), la conductancia térmica (k), la termopotencia (S) y la figura térmica de mérito (Z) en tres diferentes nanoestructuras: punto cuántico inmerso en un hilo cuántico, punto cuántico acoplado lateralmente a un hilo cuántico y un punto cuántico acoplado lateralmente a un nanotubo de Carbono metálico de pared simple zig-zag (n = 3). Se usa el tratamiento de la aproximación atómica para el modelo de la impureza de Anderson con repulsión Coulombiana finita. El punto cuántico está asociado a los estados localizados del modelo, considerando correlación Coulombiana U fiita, la banda de conducción en el modelo es asociada al hilo cuántico y al nanotubo de carbono. Los coeficientes de transporte son obtenidos en el régimen lineal con las relaciones de Onsager satisfechas, empleando resultados provenientes del formalismo de Landauer y de la ecuación de transporte de Boltzmann. Las cantidades físicas son calculadas en función de parámetros asociados a cantidades controlables experimentalmente en sistemas reales, temperatura T, energía del punto cuántico EPC (asociado experimentalmente al voltaje de \gate" Vg, en puntos cuánticos litográficos), la repulsión Coulombiana U (asociada al tamaño del punto cuántico en sistemas reales). Para cada caso se discuten las condiciones que optimizan la efiiencia térmica, asociada al producto entre la fiura térmica de mérito y la temperatura (ZT), cantidad que indica la posible utilidad del sistema para ser empleado en dispositivos termoeléctricos; estudiamos también la validez de la ley de Wiedemann- Franz y su relación con las condiciones que optimizan ZT para cada caso. Los resultados para bajas temperaturas están en buen acuerdo con trabajos experimentales y teóricos recientes. Los resultados para altas temperaturas, en el caso del punto cuántico inmerso en el hilo cuántico, presentan altos valores en la figura térmica de merito lo cual puede ser un incentivo para su fabricación experimental.

Abstract. We study the thermoelectric properties as: electrical (G) and thermal (k) conductances, thermopower (S) and thermal fiure of merit (Z) in three differents nanostructures, quantum dot inmersed in a quantum wire, quantum dot in lateral coupled with quantum wire and a quantum dot laterally coupled to a zig-zag Carbon nanotube (n = 3). We use the atomic approach treatment for the Anderson impurity model with finite Coulomb repulsion (U-finite). The quantum dot is linked to the localized states in the model, the U-finite correlation is associated with the quantum dot size and the conduction band is the quantum wire and the Carbon nanotube coupled to quantum dot. Transport coeficients are obtained in the linear regime with the Onsager relations satisfied, using the Landauer formalism and results of Boltzmann transport. The physical quantities are calculate in function of parameters associated with controllable experimental amounts in the real systems: temperature T, quantum energy EPC (experimetally associated with the gate voltage Vg of litographic quantum dots), the size of quantum dot is linked to Coulomb repulsion parameter. In each case, discuss the optimum conditions under which the highest values of thermal figure of merit by temperature (ZT) are obtained in the systems. ZT indicates a high potential for use as a thermal cooling systems or thermopower generators. Further study the validity of the Wiedemann-Franz law in relation with the optimal conditions of ZT in each system. At low temperature results are in good agreement with recent experimental and theoretical works. Results for high temperatures for inmersed quantum dot case, have high values in the thermal figure od merit, which can be an incentive for their experimental production.