[論文レビュー] Coherent time-dependent oscillations and temporal correlations in triangular triple quantum dots

Samuel L. Rudge, Daniel S. Kosov|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2020

Quantum and electron transport phenomena参考文献 87被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ボルン＝マルコフマスター方程式の枠組みにおいて、待ち時間分布（WTD）を用いて、三角形三量子ドット（TQD）における一貫した時間依存電荷輸送を調査する。WTDが時間依存ドット占有確率に関連するコヒーレントな振動を明らかにするとともに、磁束および電子相互作用によって調整可能な、連続する待ち時間間の量子相関を解き明かす。これにより、非ポisson統計を用いて、もともとは区別がつかないTQD構成を区別可能となる。

ABSTRACT

The fluctuation behavior of triple quantum dots (TQDs) has, so far, largely focused on current cumulants in the long-time limit via full counting statistics. Given that (TQDs) are non-trivial open quantum systems with many interesting features, such as Aharonov-Bohm interference and coherent population blocking, new fluctuating-time statistics, such as the waiting time distribution (WTD), may provide more information than just the current cumulants alone. In this paper, we use a Born-Markov master equation to calculate the standard and higher-order WTDs for coherentlycoupled TQDs arrayed in triangular ring geometries for several transport regimes. In all cases we find that the WTD displays coherent oscillations that correspond directly to individual time-dependent dot occupation probabilities, a result also reported recently in Ref.[1]. Our analysis, however, goes beyond the single-occupancy and single waiting time regimes, investigating waiting time behavior for TQDs occupied by multiple electrons and with finite electron-electron interactions. We demonstrate that, in these regimes of higher occupancy, quantum coherent effects introduce correlations between successive waiting times, which we can tune via an applied magnetic field. We also show that correlations can be used to distinguish between TQD configurations that have identical FCS and that dark states can be tuned with Aharonov-Bohm interference for more complicated regimes than single-occupancy.

研究の動機と目的

• 長時間の電流積率を超えた、時間分解電荷輸送の調査。
• 量子コヒーレンスおよび電子間相互作用が待ち時間統計に与える影響の探求。
• 待ち時間分布（WTD）が、同一の全カウント統計（FCS）を持つが、区別がつかないTQD構成を明らかにする能力の提示。
• 多電子・有限相互作用TQD領域におけるアハラノフ＝ボーム干渉とダーク状態の役割の分析。
• 単一占有状態から高占有状態および相互作用領域への一貫した輸送解析の拡張。

提案手法

• コherently結合されたTQDにおける開放量子ダイナミクスをモデル化するため、ボルン＝マルコフマスター方程式を用いる。
• ソース・ドレイン非対称性を有する三角形TQD幾何構造における標準的および高次待ち時間分布（WTD）を計算する。
• マスター方程式形式に電子間相互作用および有限占有（最大3電子）を組み込む。
• 外部磁束を導入してアハラノフ＝ボーム位相シフトを誘発し、干渉効果を調整する。
• 高次WTD積率を用いて、連続する待ち時間間の相関を分析する。
• 同一のFCSを持つが、WTD挙動が異なるさまざまなTQD構成の間で結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 待ち時間分布は、多電子TQDにおける時間依存ドット占有確率に関連するコヒーレントな振動を明らかにできるか？
• RQ2 電子間相互作用および有限占有状態は、TQDにおける連続する待ち時間間の相関にどのように影響するか？
• RQ3 FCSでは区別がつかないTQD構成を、WTDは区別できるか？
• RQ4 アハラノフ＝ボーム干渉は、高占有状態におけるダーク状態および量子相関をどの程度調整可能か？
• RQ5 磁束は、TQD輸送における一貫した振動および時間的相関をどのように制御するか？

主な発見

• WTDは、多電子および相互作用領域でも、時間依存ドット占有確率に直接対応するコヒーレントな振動を示す。
• 量子コヒーレンス効果により、連続する待ち時間間に測定可能な相関が生じ、外部磁場の適用によって調整可能である。
• 同一の全カウント統計（FCS）を持つTQD構成を、WTDが区別可能であり、隠れた干渉および相関構造を明らかにする。
• 高占有状態領域におけるダーク状態は、アハラノフ＝ボーム干渉によって調整可能であり、単一電子の限界を超える。
• 破壊的干渉点において、待ち時間分布はスーパー・ポアソン統計を示し、アバランチトンネル効果または強い相関を示唆する。
• 高次WTD積率は、コherentポピュレーショントラップや干渉を含む多体量子効果を感受性高く探査する手段を提供する。