[論文レビュー] Coulomb Blockade in Semi-Chaotic Quantum Dots: Towards Explanation of the Double-Slit Experiment

P. G. Silvestrov, Y. Imry|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 1999

Quantum chaos and dynamical systems被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、広範な準位幅の変動を示す半カオス的量子ドットにおいて、連続するクーロン遮断ピークが、1つの広帯域準位への電子占有によって生じる一方で、電子が狭帯域準位へ移動することで位相再現効果が生じることを提案する。このメカニズムにより、量子干渉計における観測された位相挙動が自然に説明され、二重スリット実験の量子干渉的性質に対する新たな視点が得られる。

ABSTRACT

For a quantum dot (QD) in the intermediate regime between integrable and fully chaotic, the widths of single-particle levels naturally differ by orders of magnitude. In particular, the width of one strongly coupled level may be larger than the spacing between other, very narrow, levels. In this case many consecutive Coulomb blockade peaks are due to occupation of the same broad level. Between the peaks the electron jumps from this level to one of the narrow levels and the transmission through the dot at the next resonance essentially repeats that at the previous one. This offers a natural explanation to the recently observed behavior of the transmission phase in an interferometer with a QD.

研究の動機と目的

• 中程度のカオス性を示す量子ドットにおける繰り返される透過位相の起源を理解すること。
• 量子ドットを含む干渉計における実験的に観測された透過位相の挙動を説明すること。
• 半カオス的系における準位幅分布がクーロン遮断現象に与える影響を調査すること。
• 量子ドットの輸送挙動を、二重スリット実験に類似した基礎的量子干渉効果と結びつけること。

提案手法

• 可積分的から完全にカオス的へと遷移する準位の幅分布を分析すること。
• 他の狭帯域準位とは著しく異なる大きな幅を示す1つの強く結合された準位を同定すること。
• 広帯域準位と狭帯域準位間の逐次トンネルを焦点にした電子輸送のモデル化。
• 同じ広帯域準位が繰り返し占有されることに起因する、連続するクーロン遮断ピークにわたる透過位相の変化を追跡すること。
• 隣接するピーク間の透過特性の類似性を用いて、位相再現を説明すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ半カオス的量子ドットにおける連続するクーロン遮断ピークが、ほぼ同一の透過位相を示すのか？
• RQ2 大きな幅を示す1つの広帯域準位の存在が、電子輸送および位相コherー二ンにどのように影響を与えるのか？
• RQ3 非常に狭い準位が、複数の共鳴にわたる位相コherー二ンを維持するために果たす役割は何か？
• RQ4 中程度のカオス的量子ドットにおける準位幅分布によって、量子干渉計における観測された位相再現は説明可能か？

主な発見

• 半カオス的量子ドットにおける単粒子準位の幅は、10倍から1000倍のオーダーで変動し、明確な広帯域準位と狭帯域準位を形成可能である。
• 連続するクーロン遮断ピークは主に1つの広帯域準位への占有に起因し、電子が狭帯域準位へ移動することで位相再現が生じる。
• 同じ広帯域準位が繰り返し占有されることにより、連続する共鳴における透過は本質的に繰り返される。
• このような量子ドットを有する量子干渉計における位相挙動は、準位幅分布および電子移動メカニズムによって自然に説明可能である。