MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798291551516
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32238299
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530.1
■1001  ▼aBelling,  Samuel  W.
■24510▼aQuantum  Transport  in  Open  Electronic  Systems:  Dual-Potential  Electrodynamics  and  Dissipation  in  the  Brownian  Motion  Limit
■260    ▼a[Sl]▼bThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a137  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Knezevic,  Irena.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  Wisconsin  -  Madison,  2025.
■520    ▼aQuantum  transport  is  at  the  core  of  an  enormous  swath  of  novel  devices  as  it  describes  the  interactions  of  charge  carriers,  phonons,  and  photons  with  one  another.  From  nanowire  or  nanotube  transistors,  to  single-photon  emitters,  to  efficient  heating/cooling  devices  for  electronics,  the  movement  of  quantum  particles  described  by  the  formalism  of  open  quantum  systems  theory  is  the  driving  force  behind  operation.  Some  key  problems  we  face  today,  such  as  continuing  to  scale  computing  power  and  reducing  the  immense  power  consumption  of  GPUs  training  AI  models  can  be  solved  by  furthering  our  understanding  of  open  quantum  systems.  Very  generally,  the  theoretical  approach  to  modeling  such  systems  is  to  decide  what  parts  of  the  problem  to  treat  as  the  system,  which  can  be  solved  for  exactly,  and  what  parts  to  treat  as  the  environment  or  bath.  The  system  and  bath  are  coupled  by  perturbing  interactions.  There  are  different  overarching  formalisms,  which  will  be  discussed  in  the  main  text,  and  a  nearly-infinite  cascade  of  assumptions,  approximations,  and  models  to  handle  both  the  system  and  interactions.This  dissertation,  at  its  core,  attempts  to  study  two  important  questions  in  the  theory  of  open  quantum  systems.  First,  what  can  (and  what  should,  given  these  are  not  always  the  same  question)  be  included  in  our  system  Hamiltonian.  This  is  mainly  addressed  in  the  first  part  of  the  document  covering  the  inclusion  of  arbitrary  real-time  electromagnetic  potentials  in  the  system  Hamiltonian.  While  we  treat  light  classically,  this  is  a  valid  approach  in  the  limit  of  many  photons.  This  is  a  reasonable  limit  since  we  are  mainly  focused  on  electronic  transport,  which  is  most  often  driven  by  an  external  electric  field,  and  most  interesting  magnetic  effects  require  a  strong  magnetic  field  to  become  noticeable.  Our  approach  is  to  develop  a  system  of  first-order  equations  in  space  and  time  for  the  electromagnetic  potentials  in  the  Coulomb  gauge  that  can  be  marched  forward  using  the  standard  FDTD  algorithms  available  for  fields.  This  allows  us  to  take  advantage  of  techniques  like  the  perfectly-matched-layer  boundary  conditions  to  simulate  devices  in  freespace.The  second  question,  covered  in  the  later  chapters  of  this  document,  asks  how  we  account  for  the  interactions  that  perturb  the  system.  We  focus  on  the  density-matrix  and  Wigner  equation  formalisms  and  derive  the  ``collision  integral''  or  scattering  terms  in  the  quantum  Brownian  motion  limit.  We  begin  from  the  very  general  second-quantization  formalism,  which  allows  us  to  derive  the  scattering  terms  in  the  Brownian  motion  limit  without  relying  on  a  phenomenological  description  of  the  environment.  Further,  we  are  able  to  rewrite  this  equation  using  the  definition  of  the  Wigner  function  and  come  up  with  a  fully  quantum  collision  operator  for  the  Wigner  transport  equation.  Both  of  these  findings  provide  great  insight  into  the  treatment  of  system-environment  coupling  in  open  quantum  systems.
■590    ▼aSchool  code:  0262.
■650  4▼aQuantum  physics
■650  4▼aElectromagnetics
■650  4▼aTheoretical  physics
■650  4▼aComputer  engineering
■650  4▼aElectrical  engineering
■653    ▼aOpen  quantum  systems  theory
■653    ▼aQuantum  transport
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■653    ▼aBrownian  motion  limit
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■690    ▼a0607
■690    ▼a0753
■690    ▼a0544
■690    ▼a0464
■71020▼aThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼bElectrical  and  Computer  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-02B.
■790    ▼a0262
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359450▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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