[論文レビュー] Dissipationless electron transport in nanostructures dressed by photons

O. V. Kibis|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2011

Quantum and electron transport phenomena被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、円偏光光子によってドレスされたナノ構造における電子-光子結合が、ジュール熱を発生させることなく基底状態の電流を誘発することを提案している。この効果は、量子リングやキラルナノ構造などの時間反転対称性が破れた系において、電子-光子系の基底状態に恒久的電流が形成されることに起因する。

ABSTRACT

It is shown that the electron coupling to photons in field-dressed nanostructures can result in the ground electron-photon state with a nonzero electric current. Since the current is associated with the ground state, it flows without the Joule heating of the nanostructure and is nondissipative. Such a dissipationless electron transport can be realized in strongly coupled electron-photon systems with the broken time-reversal symmetry - particularly, in quantum rings and chiral nanostructures dressed by circularly polarized photons.

研究の動機と目的

• 強い結合下における電子-光子系における恒久的電流の出現を調査すること。
• ナノ構造において電子輸送が非散逸的となる条件を特定すること。
• 時間反転対称性の破れが基底状態電流の発現に果たす役割を調査すること。
• このような輸送が、エネルギーの散逸なしに、すなわち基底状態ですらも可能であることを示すこと。

提案手法

• 電子と量子化された光子の間の強い結合を有するハミルトニアンを用いて電子-光子系をモデル化すること。
• 円偏光光励起下における系の基底状態を分析すること。
• 時間反転対称性が破れている系、例えば量子リングやキラルナノ構造に焦点を当てる。
• 量子場の理論的手法を用いて、基底状態の性質（特に電流を運ぶ性質）を導出すること。
• 電流が基底状態固有の性質であり、外部からの駆動を要せず、ジュール加熱を引き起こさないことを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子ドレッシングによって、ナノ構造内の電子輸送を非散逸的に行えるか？
• RQ2 時間反転対称性の破れが、基底状態電流の発現に果たす役割は何か？
• RQ3 電子-光子系の基底状態に非ゼロの電流を実現することは可能か？
• RQ4 円偏光光がエネルギーの散逸なしに恒久的電流を誘発するメカニズムは何か？

主な発見

• 時間反転対称性が破れているナノ構造における強い結合電子-光子系の基底状態は、非ゼロの電流を支持する。
• この電流は基底状態固有の性質であり、外部からの駆動やエネルギー供給なしに持続する。
• 輸送メカニズムは非散逸的であり、電流の流れがあるにもかかわらずジュール加熱は発生しない。
• キラルナノ構造および量子リングが円偏光光子にさらされると、この効果が実現される。