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分子电子学是当前国际研究的热点之一,对未来微电子器件的设计有重要的指导意义。分子电子学的一种重要研究问题是材料的选择--DNA作为候选材料之一,受到广泛的研究和讨论。本文基于这样一种背景,探讨DNA分子的约瑟夫森电流输运问题。全文安排如下:
第一章主要介绍了分子电子学的提出,以及作为分子电子学候选材料之一的DNA分子构成、电荷输运性质。研究DNA分子的电荷输运性质对于分子电子学发展和生物学基因研究、修复等具有重大的价值。最后介绍了DNA电荷输运研究所取得的理论工作和实验进展。对于超导混杂系统,Andreev反射现象是一个重要的现象,是Josephson电流产生的基础。
第二章介绍了Andreev反射和超导结弱连接的Josephson效应。采用feynman推导Josephson效应的方法,我们给出了Josepbson电流公式。最后介绍了一下非平衡格林函数方法。非平衡格林函数是研究凝聚态物理中具有各种复杂相互作用的多粒子系统的有力工具。
第三章首先给出了所研究的体系--由超导体、DNA分子、超导体弱连接构成的一个约瑟夫森隧道结。采用梯子模型描述DNA分子和BCS超导理论,给出了整个体系的模型哈密顿量。结合非平衡格林函数方法和Heisenburg运动方程,推出了该隧道结的Josephson电流表达式。最后在零温情形下对其进行数值化处理。得到在不同γ2/γ1和不同偏置电压Vg情形下DNA分子上的电子态密度。最后计算了体系的Josephson电流,得到Josephson电流随超导位相差△φ和偏置电压Vg的变化关系,并详细分析了连续谱和分立谱对Josephson电流的贡献。结果表明,通过改变DNA对角碱基之间的次近邻跃迁系数γ2/γ1可以实现对约瑟夫森电流的增强或压制。
在本论文的最后一章,做了一个简短的总结和展望。