論文の概要: Coherent control of thermoelectric performance via engineered transmission functions in multi-dot Aharonov-Bohm heat engine
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.03606v1
- Date: Wed, 03 Sep 2025 18:03:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-12 14:39:51.568161
- Title: Coherent control of thermoelectric performance via engineered transmission functions in multi-dot Aharonov-Bohm heat engine
- Title（参考訳）: マルチドットアハロノフ・ボーム熱機関における工学的伝達関数による熱電特性のコヒーレント制御
- Authors: Sridhar, Salil Bedkihal, Malay Bandyopadhyay,
- Abstract要約: 我々は,多量子ドット型アハロノフ・ボーム(AB)熱電熱機関における量子干渉を利用して,ZT$,出力,熱力学的効率を最適化する手法について検討した。
我々は、高額なZT$法則と、ヴィーデマン=フランツ法則の最大違反との直接的な対応を見いだす。
これらの知見は,高性能な量子熱電熱機関への期待経路として,マルチドットナノ構造におけるコヒーレント制御を確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 20.955595307205247
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We theoretically investigate strategies for harnessing quantum interference to optimize the figure of merit $ZT$, power output, and thermodynamic efficiency in multi-quantum-dot Aharonov-Bohm (AB) thermoelectric heat engines. Using the non-equilibrium Green function formalism, we show that interference effects such as Fano-type asymmetries, Dicke-like superradiant and subradiant modes, and multi-peaked transmission spectra can be tailored through device geometry, magnetic flux, and dot-lead coupling to produce hybrid transmission profiles that combine Lorentzian, boxcar, and Fano lineshapes. Such engineered profiles enable configurations that balance the high efficiency of sharp Lorentzian resonances with the high power output of boxcar-like spectra, yielding near-optimal power-efficiency trade-offs. For symmetric quantum-dot arrays in square, pentagonal, and hexagonal configurations, we identify an optimal regime, $t/\gamma \approx 2$, where the interdot tunneling amplitude $t$ and the dot-lead coupling $\gamma$ yield the best balance of power and efficiency. A hexagonal six-dot configuration achieves $ZT \sim 30$ at dilution temperatures, while the four-dot geometry reaches about $76\%$ of Carnot efficiency with output power $4.74$ fW. We also find a direct correspondence between the high-$ZT$ regime and maximal violation of the Wiedemann-Franz law. Introducing source-drain coupling asymmetry further enhances both efficiency and power. A scaling analysis reveals that efficiency systematically increases with the number of quantum dots, whereas power output is maximized at intermediate system sizes. These findings establish coherent control in multi-dot nanostructures as a promising pathway toward high-performance quantum thermoelectric heat engines for ultralow-power electronics applications.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,多量子ドット型Aharonov-Bohm(AB)熱電熱機関の量子干渉を利用して,ZT$,出力,熱力学的効率を最適化する手法を理論的に検討する。
非平衡グリーン関数フォーマリズムを用いて,Fano型非対称性,Dicke型スーパーラジアントおよびサブラジアントモード,マルチピーク伝送スペクトルなどの干渉効果をデバイス形状,磁束,ドットリード結合により調整し,ローレンツ,ボックスカー,ファノラインファップを組み合わせたハイブリッド伝送プロファイルを生成することを示した。
このようなエンジニアリングされたプロファイルは、シャープなローレンツ共鳴の高効率とボックスカーのようなスペクトルの高出力とをバランスさせ、ほぼ最適の電力効率のトレードオフをもたらす構成を可能にする。
正方形、五角形、六角形の対称量子ドットアレイに対して、最適条件である$t/\gamma \approx 2$を同定する。
六角形の6ドット構成は希釈温度で30ドル、四ドット形状は出力電力4.74ドルfWのカルノット効率が約7,6\%に達する。
また、高額なZT$法則とヴィーデマン・フランツ法の最大違反との直接的な対応も見いだす。
ソース-ドレインカップリング非対称性の導入により、効率とパワーがさらに向上する。
スケーリング分析では、量子ドットの数によって効率が体系的に増加するのに対して、出力は中間システムサイズで最大になる。
これらの知見は、超低消費電力エレクトロニクス応用のための高性能量子熱電熱エンジンへの有望な経路として、マルチドットナノ構造におけるコヒーレント制御を確立した。
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