Control of thermally driven electronic flows in phase-coherent conductors

• Autores: José Balduque Picazo
• Directores de la Tesis: Rafael Sánchez Rodrigo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2026
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 166
• Tribunal Calificador de la Tesis: Gloria Platero Coello (presid.), Pablo Burset Atienza (secret.), Mario Amado Montero (voc.), Maria Rosa López Gonzalo (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de la Materia Condensada, Nanociencia y Biofísica por la Universidad Autónoma de Madrid; la Universidad de Murcia y la Universidad de Oviedo
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Los conductores electrónicos mesoscópicos desempeñan un papel clave en el funcionamiento y desarrollo de tecnologías presentes y futuras, cuyo rendimiento se ha visto tradicionalmente afectado por la omnipresente presencia del calor. En este con- texto, sus singulares propiedades cuánticas ofrecen oportunidades prometedoras para el reaprovechamiento de la energía y el control térmico integrado. Por lo tanto, existe un gran interés, tanto fundamental como aplicado, en obtener una caracterización completa del transporte inducido térmicamente en este régimen. En esta tesis, nos proponemos contribuir a esta aspiración asumiendo una descripción del problema que considere de forma completa la coherencia de fase de los electrones, teniendo en cuenta tanto las corrientes promedio como sus fluctuaciones. Consideramos en primer lugar la situación no interactuante, balística y con múltiples terminales. Por un lado, el transporte balístico y coherente concede un rol prominente a los efectos de interferencia cuántica, el cual puede ser aprovechado para manipular el comportamiento del transporte. Por otro lado, las configuraciones con múltiples terminales habilitan la posibilidad de inyectar coherentemente el calor, de manera que el acoplo a su fuente forme parte de los procesos de transporte, dando así lugar a respuestas no locales controlables mediante la fase. Exploramos situaciones donde este control se puede realizar por medio de elementos externos—en concreto mediante la posición del terminal caliente o mediante un campo magnético en configuraciones anulares—encontrando escenarios de control térmico eficiente. Estos incluyen conversores de calor en potencia y refrigeradores de absorción en termopares cuánticos, e interruptores, circuladores y conmutadores térmicos y termoeléctricos. A continuación, reexaminamos propiedades básicas del transporte coherente inducido térmicamente en presencia de otros procesos relevantes. Analizamos primero la reciprocidad de las corrientes con respecto a la diferencia de temperatura. Encontramos que existen dos mecanismos distintos involucrados en las interacciones electrón- electrón, a saber, procesos de dispersión inelástica y de apantallamiento, que dan lugar a efectos de rectificación térmica y termoeléctrica. Además, proponemos implementaciones basadas en sistemas de túnel resonante donde estos mecanismos se pueden explotar de manera eficiente, encontrando configuraciones que se comportan como diodos termoeléctricos bipolares donde la corriente fluye en la misma dirección independientemente del signo de la diferencia de temperatura, un caso de antireciprocidad. Para terminar, anal- izamos la relación entre las corrientes termoeléctricas promedio y sus fluctuaciones. En particular, extendemos relaciones de fluctuación-disipación entre ambas magnitudes para dar cuenta de la presencia adicional de excitaciones dependientes del tiempo.