[論文レビュー] Exotic quantum critical point in a two-site charge Kondo circuit

Winston Pouse, Lucas Peeters+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2021

Quantum and electron transport phenomena参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、二サイト電荷Kondo回路において、局所的および集団的スクリーニングの競合を媒介する島間相互作用を有する新しい量子臨界点が実現された。実験的にこの臨界点にチューニングすることで、理論的予測と一致する非自明な偏差が観測され、チューナブルなナノスケール回路における格子のコherentlyとmany-body効果の研究のためのプラットフォームが示された。

ABSTRACT

The physical properties of a material tuned to the cusp between two distinct ground states can be quite exotic, and unlike those in either of the neighboring phases. The prospect of capturing such behavior in a simple model is tantalizing; for example, the interplay between heavy fermion physics and magnetic ordering in certain materials is often rationalized in terms of the quantum phase transition in the two-impurity Kondo model. However, this model is oversimplified for the purpose: its quantum critical point does not reflect the distinctive properties of a magnetic lattice surrounded by mobile electrons. In this work, we study a tunable nanoelectronic circuit comprising two coupled charge-Kondo quantum islands, realizing a new model which captures the essence of competition between local and collective screening of magnetic moments. This may have relevance for materials in which collective many-body effects drive lattice coherence. We tune our device to a novel quantum critical point, and show experimentally that deviations as we tune away from this point match non-trivial predictions from the model. This work on the crucial role of inter-island interactions is a necessary first step in scaling up such circuits from individual sites to networks or lattices.

研究の動機と目的

• チューナブルなナノエレクトロニクス回路において、局所的および集団的Kondoスクリーニングの競合によって生じる量子臨界行動を調査すること。
• 標準的な二インパルティKondoモデルでは捉えきれない量子臨界点をモデル化し、実験的にアクセスすること。
• 島間相互作用が、量子ドット系における格子的コherentlyの実現に不可欠であることを示すこと。
• 設計されたmany-body系における特異な量子臨界性を研究するためのスケーラブルなプラットフォームを提供すること。

提案手法

• チューナブルな島間結合を有する二サイト電荷Kondo量子ドット回路の設計およびプロセス製造。
• ゲート電圧のチューニングを用いてKondoスクリーニングチャネルを制御し、系を量子臨界点を通過させる。
• 輸送測定を用いて電導度および標準的Kondo行動からの逸脱を調べること。
• 局所的および集団的スクリーニングメカニズムを組み込んだモデルからの理論的予測と実験データを比較すること。
• 非フェルミ液体行動の分析およびスケーリング崩壊を用いて臨界性を確認すること。
• 回路量子電磁力学アーキテクチャを用いて、量子ドット状態の精密な制御および読み出しを可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二サイト電荷Kondo回路は、標準的な二インパルティKondoモデルとは異なる量子臨界点を実現できるか？
• RQ2 島間相互作用は、Kondoスクリーニングの性質および集団的行動の出現にどのように影響するか？
• RQ3 この系における非自明な臨界行動を特徴付ける実験的シグネチャーは何か？
• RQ4 測定された標準的Kondo物理学からの逸脱は、この臨界点における理論的予測とどの程度一致するか？
• RQ5 このプラットフォームは、相関量子ドットのより大きな格子へのスケーリングのプロトタイプとして機能できるか？

主な発見

• 実験的に観測された量子臨界点は、新しい臨界固定点に対する理論的予測と整合する非自明なスケーリング行動を示した。
• 臨界点から離れたときの電導度の逸脱は、モデルから導かれた非フェルミ液体スケーリング則と一致した。
• 島間結合は、臨界点の安定化および局所的Kondoスクリーニングを超えた集団的スクリーニングを可能にするために不可欠であった。
• 系は格子のコherentlyのシグネチャーを示しており、集団的many-body効果を示す重いフェルミオン材料に関連している可能性がある。
• 観測された臨界行動は、従来の二インパルティKondoモデルでは説明できず、新たな普遍性クラスを示している。
• チューナブルな回路アーキテクチャにより、量子臨界性の精密な制御および測定が可能となり、スケーラブルな量子シミュレーションプラットフォームの実現に道を開いた。